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JP2010116503A - Production method of block copolymer using reactive oligomer - Google Patents

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JP2010116503A
JP2010116503A JP2008291437A JP2008291437A JP2010116503A JP 2010116503 A JP2010116503 A JP 2010116503A JP 2008291437 A JP2008291437 A JP 2008291437A JP 2008291437 A JP2008291437 A JP 2008291437A JP 2010116503 A JP2010116503 A JP 2010116503A
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JP
Japan
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group
carbon atoms
polymer compound
aromatic polymer
acid group
Prior art date
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Pending
Application number
JP2008291437A
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Japanese (ja)
Inventor
Iwao Fukuchi
巌 福地
Naoki Asano
直紀 浅野
Shinji Takeda
信司 武田
Atsuhiko Onuma
篤彦 大沼
Shin Morishima
森島  慎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Polymers With Sulfur, Phosphorus Or Metals In The Main Chain (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
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Abstract

【課題】本発明は、プロトン酸基を有する親水性の芳香族高分子化合物とプロトン酸基を有しない疎水性の芳香族高分子化合物とからなるブロック共重合体を効率よく提供する。
【解決手段】(a)末端にパーフルオロビフェニル基を有し、且つプロトン酸基を有する第一の芳香族高分子化合物を調製する工程と、(b)末端に(a)のパーフルオロビフェニル基と反応し得る反応性基を有し、且つプロトン酸基を有しない第二の芳香族高分子化合物を調製する工程と、(c)第一の芳香族高分子化合物と第二の芳香族高分子化合物が結合した共重合体を調製する工程により製造される。
【選択図】なし
The present invention efficiently provides a block copolymer comprising a hydrophilic aromatic polymer compound having a proton acid group and a hydrophobic aromatic polymer compound having no proton acid group.
(A) a step of preparing a first aromatic polymer compound having a perfluorobiphenyl group at a terminal and a protonic acid group; and (b) a perfluorobiphenyl group of (a) at a terminal. Preparing a second aromatic polymer compound having a reactive group capable of reacting with the protonic acid group, and (c) a first aromatic polymer compound and a second aromatic polymer It is produced by a step of preparing a copolymer to which molecular compounds are bound.
[Selection figure] None

Description

本発明は、ブロック共重合体の製造方法、当該製造方法によって得られたブロック共重合体、当該ブロック共重合体を含む高分子電解質組成物、及び当該電解質組成物を含む高分子電解質膜に関する。   The present invention relates to a method for producing a block copolymer, a block copolymer obtained by the production method, a polymer electrolyte composition containing the block copolymer, and a polymer electrolyte membrane containing the electrolyte composition.

燃料電池は、発電効率が高く、環境性に優れており、現在大きな課題となっている環境問題、エネルギー問題の解決に貢献可能な次世代の発電装置として期待されている。
この燃料電池の中でも固体高分子型燃料電池は、他のいずれの方式に比べても小型かつ高出力であり、小規模オンサイト型、移動体(車載)用、携帯用の燃料電池として次世代の主力とされている。
現状では、固体高分子型燃料電池はまだ実用段階に至っていないが、試作、あるいはテスト段階で用いられている燃料電池の高分子電解質膜としては、パーフルオロアルキレン基を主骨格とし、一部にパーフルオロビニルエーテル側鎖の末端にスルホン酸基、カルボン酸基等のイオン交換基を有するフッ素系の高分子電解質膜として「ナフィオン(登録商標)」、「フレミオン(登録商標)」等が知られている。
しかし、現状用いられている燃料電池の高分子電解質膜である「ナフィオン(登録商標)」等では、100℃を超える条件で運転しようとすると、高分子電解質膜の含水率が急激に落ちるほか、高分子電解質膜の軟化も顕著となり、特に将来が期待されている直接メタノール型燃料電池では、従来の「ナフィオン(登録商標)」の様なフッ素系プロトン伝導性高分子材料を電解質として用いた場合、アノードを通リ抜けたメタノールが電解質中を拡散して、カソードに到達し、そこでカソード触媒上で酸化剤(O2)と直接反応するという短絡現象(クロスオーバー)を起こし、電池性能を著しく低下させることから十分な性能を発揮することができないという問題がある。
また、フッ素のようなハロゲンを含む電解質を燃料電池に用いると、廃棄やリサイクルの際にハロゲン化水素等のハロゲン化物の発生が懸念される為、処理コストの増加や環境負荷の増大を招く。
このような問題を解決するため、従来からフッ素系膜の代わりとなる耐熱性の芳香族ポリマーに、プロトン伝導性を付与するためのスルホン酸基を導入した高分子電解質膜の検討が種々行なわれており、高分子電解質膜の耐熱性や化学的安定性の観点から、スルホン化芳香族ポリエーテルケトン類(特許文献1)、スルホン化芳香族ポリエーテルスルホン類(特許文献2)、スルホン化ポリフェニレン類(特許文献3)等がある。
このうちスルホン化芳香族ポリマーは、スルホン酸基が導入された親水部セグメントと、導入されていない疎水部セグメントにブロック化したブロック共重合体とすることで、更にプロトン伝導性を高める検討も行われている。
親水部セグメントと疎水部セグメントとから成るブロック共重合体の合成法としては、まず親水部セグメント或いは、疎水部セグメントどちらか一方のセグメントの重合反応を行って、高分子量化した後に、他方のセグメントのモノマーを追加して逐次的に重合させる逐次添加法が知られている。逐次添加法は、One-Potでブロック共重合体を合成できるため操作が簡便であるが、ランダム化が起こり易く、ブロック鎖長の制御が難しいことなどが問題である。
また、親水部セグメントと疎水部セグメントを個別に合成した後、両者を反応させる方法によってもブロック共重合体を合成することが可能である。しかし、合成操作が複雑になること、及び、親水部セグメントと疎水部セグメントの極性が大きく異なるため、相溶性に乏しく、ブロック化の反応が進行しにくい等の問題がある。
相溶性の問題を解決する方法としては、特許文献4に親水セグメントの良溶媒と疎水セグメントの良溶媒の2種類を混合した溶媒を用いることによって、ブロック共重合体を得る方法が開示されている。
Fuel cells have high power generation efficiency and excellent environmental performance, and are expected as next-generation power generation devices that can contribute to solving environmental problems and energy problems, which are now major issues.
Among these fuel cells, solid polymer fuel cells are smaller and have higher output than any other system, and they are the next generation as small-scale on-site, mobile (on-vehicle) and portable fuel cells. It is said to be the main force.
At present, solid polymer fuel cells are not yet in practical use, but as polymer electrolyte membranes for fuel cells used in trial production or testing, perfluoroalkylene groups are the main skeleton, and some "Nafion (registered trademark)", "Flemion (registered trademark)" and the like are known as fluorine-based polymer electrolyte membranes having ion-exchange groups such as sulfonic acid groups and carboxylic acid groups at the end of perfluorovinyl ether side chain. Yes.
However, in the currently used fuel cell polymer electrolyte membrane “Nafion (registered trademark)” and the like, when the operation is performed at a temperature exceeding 100 ° C., the moisture content of the polymer electrolyte membrane drops rapidly, The softening of the polymer electrolyte membrane is also remarkable, especially in the direct methanol fuel cell where the future is expected, when a fluorine-based proton conductive polymer material such as the conventional “Nafion (registered trademark)” is used as the electrolyte , Methanol that has passed through the anode diffuses in the electrolyte and reaches the cathode, where it causes a short circuit phenomenon (crossover) in which it directly reacts with the oxidant (O 2 ) on the cathode catalyst, thereby significantly improving battery performance. There is a problem in that sufficient performance cannot be exhibited because of lowering.
In addition, when an electrolyte containing a halogen such as fluorine is used in a fuel cell, there is a concern about the generation of a halide such as hydrogen halide during disposal or recycling, which causes an increase in processing cost and an environmental load.
In order to solve these problems, various studies have been made on polymer electrolyte membranes in which a sulfonic acid group for imparting proton conductivity is introduced to a heat-resistant aromatic polymer used as a substitute for a fluorine-based membrane. From the viewpoint of heat resistance and chemical stability of the polymer electrolyte membrane, sulfonated aromatic polyether ketones (Patent Document 1), sulfonated aromatic polyether sulfones (Patent Document 2), and sulfonated polyphenylene (Patent Document 3) and the like.
Among these, the sulfonated aromatic polymer is also studied to further increase proton conductivity by making it a block copolymer blocked into a hydrophilic segment into which a sulfonic acid group has been introduced and a hydrophobic segment into which the sulfonate group has not been introduced. It has been broken.
As a method for synthesizing a block copolymer composed of a hydrophilic part segment and a hydrophobic part segment, first, a polymerization reaction is performed on either the hydrophilic part segment or the hydrophobic part segment to increase the molecular weight, and then the other segment. A sequential addition method is known in which the monomers are added and polymerized sequentially. The sequential addition method is easy to operate because a block copolymer can be synthesized with One-Pot, but it is problematic in that randomization is likely to occur and block chain length is difficult to control.
Further, it is possible to synthesize a block copolymer by a method in which a hydrophilic part segment and a hydrophobic part segment are separately synthesized and then both are reacted. However, there are problems that the synthesis operation is complicated and that the polarities of the hydrophilic part segment and the hydrophobic part segment are greatly different, so that the compatibility is poor and the blocking reaction is difficult to proceed.
As a method for solving the compatibility problem, Patent Document 4 discloses a method of obtaining a block copolymer by using a solvent obtained by mixing two types of good solvents for hydrophilic segments and good solvents for hydrophobic segments. .

特開平6−93114号公報JP-A-6-93114 特開平10−45913号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-45913 特開2001−329053号公報JP 2001-329053 A 特開2007−106986号公報JP 2007-106986 A

上記事情に鑑みて、本発明は、プロトン伝導性に優れた高分子電解質を調製可能であり、且つハロゲンを含まないブロック共重合体の製造方法を提供することを目的とする。
また本発明は、かかる製造方法から得られるブロック共重合体、これを含む高分子電解質組成物及びこれを含む高分子電解質膜を提供することを目的とする。
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a method for producing a block copolymer which can prepare a polymer electrolyte excellent in proton conductivity and does not contain a halogen.
Moreover, an object of this invention is to provide the block copolymer obtained from this manufacturing method, the polymer electrolyte composition containing this, and the polymer electrolyte membrane containing this.

本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、プロトン酸基を含有する第1の芳香族高分子化合物と、プロトン酸基を含有しない第2の芳香族高分子化合物との結合によりプロトン伝導性に優れたブロック共重合体並びにこれを含む高分子電解質組成物を調製するに際し、上記プロトン酸基を含有する第1の芳香族高分子化合物に予め一価の疎水性芳香族ハロゲン基を導入しておくことにより、第1の芳香族高分子化合物と第2の芳香族高分子化合物との結合を確実に行うことができ、且つハロゲンを含まないブロック共重合体を製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive research, the present inventors have determined that proton conductivity is obtained by bonding between a first aromatic polymer compound containing a proton acid group and a second aromatic polymer compound containing no proton acid group. In preparing a block copolymer excellent in the above and a polymer electrolyte composition containing the same, a monovalent hydrophobic aromatic halogen group was previously introduced into the first aromatic polymer compound containing a protonic acid group. It is found that the first aromatic polymer compound and the second aromatic polymer compound can be reliably bonded to each other and a block copolymer containing no halogen can be produced. It came to complete.

本発明は、
[1]
(a)末端に一価の疎水性芳香族ハロゲン基を有し、且つプロトン酸基を有する第一の芳香族高分子化合物を調製する工程と、ここで、前記一価の疎水性芳香族ハロゲン基はパーフルオロビフェニル基ではなく、
(b)末端に前記第一の芳香族高分子化合物の一価の疎水性芳香族ハロゲン基と反応し得る反応性基を有し、且つプロトン酸基を有しない第二の芳香族高分子化合物を調製する工程と、
(c)前記第一の芳香族高分子化合物と前記第二の芳香族高分子化合物とを結合してブロック共重合体を調製する工程と
を有することを特徴とするブロック共重合体の製造方法に関する。
[2]
前記第二の芳香族高分子化合物の反応性基が、フェノール性水酸基である、[1]記載の方法に関する。
[3]
前記第一の芳香族高分子化合物の質量平均分子量が2000以上150000以下であり、前記第二の芳香族高分子化合物の質量平均分子量が2000以上150000以下である、[1]記載の方法に関する。
[4]
前記ブロック共重合体を調製する工程(c)が、第一の芳香族高分子化合物と前記第二の芳香族高分子化合物の質量比[第一の芳香族高分子化合物]/[第二の芳香族高分子化合物]の値が、0.1以上10.0以下となるように、前記第一の芳香族高分子化合物と前記第二の芳香族高分子化合物とを混合し、ブロック共重合してブロック共重合体を調製する工程である、[1]記載の方法に関する。
[5]
前記第一の芳香族高分子化合物が、下記の式(1)、式(3)、式(4)及び式(5)から成る群から選択される少なくとも1つのプロトン酸基を導入した二価の基を含む、[1]記載の方法に関する。


[式(1)中、Aは、直接結合、−O−、−S−、−S(O)−、−S(O)2−、−C(O)−、−P(O)(C6H5)−、−C(CH3)2−、−CH2−、−C(C6H5)2−、又は、


[式(2)中、Xは、それぞれ同一であっても異なっていてもよいプロトン酸基であって、スルホン酸基、リン酸基、炭素数1〜6のアルキルスルホン酸基、炭素数1〜20のオキシアルキルスルホン酸基、炭素数1〜6のアルキルリン酸基、又は炭素数1〜20のオキシアルキルリン酸基を示し、mは1〜4の置換基数を示し、nは1〜4の置換基数を示す。]
を示し、
Rは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、水素、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数6〜20のアリールオキシ基、又は炭素数2〜20のアシル基を示し、
Xは、それぞれ同一であっても異なっていてもよいプロトン酸基であって、スルホン酸基、リン酸基、炭素数1〜6のアルキルスルホン酸基、炭素数1〜20のオキシアルキルスルホン酸基、炭素数1〜6のアルキルリン酸基、又は炭素数1〜20のオキシアルキルリン酸基を示し、
mは、1〜4の置換基数を示し、
fは、1〜(4−m)の置換基数を示し、
nは、1〜4の置換基数を示し、
jは、1〜(4−n)の置換基数を示す。]


[式(3)中、Rは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、水素、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数6〜20のアリールオキシ基、又は炭素数2〜20のアシル基を示し、
Xは、それぞれ同一であっても異なっていてもよいプロトン酸基であって、スルホン酸基、リン酸基、炭素数1〜6のアルキルスルホン酸基、炭素数1〜20のオキシアルキルスルホン酸基、炭素数1〜6のアルキルリン酸基、又は炭素数1〜20のオキシアルキルリン酸基を示し、
mは、1〜4の置換基数を示し、
fは、1〜(4−m)の置換基数を示し、
nは、1〜4の置換基数を示し、
jは、1〜(4−n)の置換基数を示す。]


[式(4)中、Aは、直接結合、−O−、−S−、−S(O)−、−S(O)2−、−C(O)−、−P(O)(C6H5)−、−C(CH3)2−、−CH2−、−C(C6H5)2−、又は炭素数1〜10のアルキリデン基を示し、
Rは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、水素、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数6〜20のアリールオキシ基、又は炭素数2〜20のアシル基を示し、
Xは、それぞれ同一であっても異なっていてもよいプロトン酸基であって、スルホン酸基、リン酸基、炭素数1〜6のアルキルスルホン酸基、炭素数1〜20のオキシアルキルスルホン酸基、炭素数1〜6のアルキルリン酸基、又は炭素数1〜20のオキシアルキルリン酸基を示し、
mは、1〜5の置換基数を示し、
fは、1〜(5−m)の置換基数を示し、
nは、1〜5の置換基数を示し、
jは、1〜(5−n)の置換基数を示す。]


[式(5)中、Zは、直接結合、−NH−、炭素数1〜10の2価のアルキルアミノ基、−N(C6H5)−、−O−、又は−S−を示し、
Rは、水素、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数6〜20のアリールオキシ基、又は炭素数2〜20のアシル基を示し、
Xは、プロトン酸基であって、スルホン酸基、リン酸基、炭素数1〜6のアルキルスルホン酸基、炭素数1〜20のオキシアルキルスルホン酸基、炭素数1〜6のアルキルリン酸基、又は炭素数1〜20のオキシアルキルリン酸基を示し、
mは、1〜5の置換基数を示し、
fは、1〜(5−m)の置換基数を示す。]
[6]
前記第二の芳香族高分子化合物が、下記の式(6)、式(8)、式(9)及び式(10)から成る群から選ばれる少なくとも1つの芳香環又は複素環を含む、[1]記載の方法に関する。


[式(6)中、Aは、直接結合、−O−、−S−、−S(O)−、−S(O)2−、−C(O)−、−P(O)(C6H5)−、−C(CH3)2−、−CH2−、−C(C6H5)2−、又は


を示し、
B,C,D,Eは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、水素、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数6〜20のアリールオキシ基、炭素数2〜20のアシル基、又はシアノ基である。]


[式(8)中、F、Gは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、水素、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数6〜20のアリールオキシ基、炭素数2〜20のアシル基、又はシアノ基を示す。]


[式(9)中、Aは、直接結合、−O−、−S−、−S(O)−、−S(O)2−、−C(O)−、−P(O)(C6H5)−、−C(CH3)2−、−CH2−、−C(C6H5)2−又は炭素数1〜10のアルキリデン基を示し、
Rは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、水素、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数6〜20のアリールオキシ基、又は炭素数2〜20のアシル基を示し、
f及びjは、それぞれ独立して1〜5の置換基数を示す。]


[式(10)中、Zは、直接結合、−NH−、炭素数1〜10のアルキルアミノ基、−N(C6H5)−、−O−、又は−S−を示し、
Rは、水素、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数6〜20のアリールオキシ基、又は炭素数2〜20のアシル基、を示し、
fは、1〜5の置換基数を示す。]
[7]
前記プロトン酸基が、スルホン酸基及び/又はリン酸基である、[1]記載の方法。
[8]
前記第一の芳香族高分子化合物が、下記の式(11)である、[1]記載の方法。

(11)

[式(11)中、Aは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、直接結合、−O−、−S−、−S(O)−、−S(O)2−、−C(O)−、−P(O)(C6H5)−、−C(CH3)2−、−CH2−、又は−C(C6H5)2−を示し、
Xはハロゲン基を示し、
nは3以上の整数を示す。]
[9]
[1]〜[8]のいずれか1項記載の方法によって調製されたブロック共重合体に関する。
[10]
[9]記載のブロック共重合体を含むことを特徴とする高分子電解質組成物に関する。
[11]
[10]記載の高分子電解質組成物を含むことを特徴とする高分子電解質膜に関する。
The present invention
[1]
(A) a step of preparing a first aromatic polymer compound having a monovalent hydrophobic aromatic halogen group at a terminal and having a protonic acid group; and the monovalent hydrophobic aromatic halogen, wherein The group is not a perfluorobiphenyl group,
(B) a second aromatic polymer compound having a reactive group capable of reacting with a monovalent hydrophobic aromatic halogen group of the first aromatic polymer compound at the terminal and having no proton acid group A step of preparing
(C) A method for producing a block copolymer, comprising the step of preparing the block copolymer by bonding the first aromatic polymer compound and the second aromatic polymer compound. About.
[2]
The method according to [1], wherein the reactive group of the second aromatic polymer compound is a phenolic hydroxyl group.
[3]
It is related with the method of [1] description whose mass average molecular weight of said 1st aromatic polymer compound is 2000-150,000, and whose mass average molecular weight of said 2nd aromatic polymer compound is 2000-150,000.
[4]
In the step (c) of preparing the block copolymer, the mass ratio of the first aromatic polymer compound and the second aromatic polymer compound [first aromatic polymer compound] / [second Block copolymerization is performed by mixing the first aromatic polymer compound and the second aromatic polymer compound so that the value of the aromatic polymer compound is 0.1 or more and 10.0 or less. The method according to [1], which is a step of preparing a block copolymer.
[5]
The first aromatic polymer compound is divalent having at least one protonic acid group selected from the group consisting of the following formulas (1), (3), (4) and (5): The method according to [1], which comprises a group of


[In the formula (1), A represents a direct bond, —O—, —S—, —S (O) —, —S (O) 2 —, —C (O) —, —P (O) (C 6 H 5) -, - C (CH 3) 2 -, - CH 2 -, - C (C 6 H 5) 2 -, or,


[In Formula (2), X is a protonic acid group which may be the same or different, and is a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, an alkylsulfonic acid group having 1 to 6 carbon atoms, or 1 carbon atom. Represents an oxyalkyl sulfonic acid group of -20, an alkyl phosphoric acid group of 1 to 6 carbon atoms, or an oxyalkyl phosphoric acid group of 1 to 20 carbon atoms, m represents the number of substituents of 1 to 4, and n represents 1 to 1 The number of substituents of 4 is shown. ]
Indicate
R may be the same or different and each represents hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 20 carbon atoms. An aryloxy group or an acyl group having 2 to 20 carbon atoms;
X is a protonic acid group which may be the same or different, and is a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, an alkylsulfonic acid group having 1 to 6 carbon atoms, or an oxyalkylsulfonic acid having 1 to 20 carbon atoms. A group, an alkyl phosphate group having 1 to 6 carbon atoms, or an oxyalkyl phosphate group having 1 to 20 carbon atoms,
m represents the number of substituents 1 to 4,
f represents the number of substituents 1 to (4-m);
n represents the number of substituents 1 to 4,
j represents the number of substituents of 1 to (4-n). ]


[In the formula (3), Rs may be the same or different and are each hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 20 carbon atoms. , An aryloxy group having 6 to 20 carbon atoms, or an acyl group having 2 to 20 carbon atoms,
X is a protonic acid group which may be the same or different, and is a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, an alkylsulfonic acid group having 1 to 6 carbon atoms, or an oxyalkylsulfonic acid having 1 to 20 carbon atoms. A group, an alkyl phosphate group having 1 to 6 carbon atoms, or an oxyalkyl phosphate group having 1 to 20 carbon atoms,
m represents the number of substituents 1 to 4,
f represents the number of substituents 1 to (4-m);
n represents the number of substituents 1 to 4,
j represents the number of substituents of 1 to (4-n). ]


[In the formula (4), A represents a direct bond, -O-, -S-, -S (O)-, -S (O) 2- , -C (O)-, -P (O) (C 6 H 5) -, - C (CH 3) 2 -, - CH 2 -, - C (C 6 H 5) 2 -, or shows an alkylidene group having 1 to 10 carbon atoms,
R may be the same or different and each represents hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or 6 to 20 carbon atoms. An aryloxy group or an acyl group having 2 to 20 carbon atoms;
X is a protonic acid group which may be the same or different, and is a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, an alkylsulfonic acid group having 1 to 6 carbon atoms, or an oxyalkylsulfonic acid having 1 to 20 carbon atoms. A group, an alkyl phosphate group having 1 to 6 carbon atoms, or an oxyalkyl phosphate group having 1 to 20 carbon atoms,
m represents the number of substituents of 1 to 5,
f represents the number of substituents 1 to (5-m);
n represents the number of substituents of 1 to 5,
j represents the number of substituents of 1 to (5-n). ]


[In formula (5), Z represents a direct bond, —NH—, a divalent alkylamino group having 1 to 10 carbon atoms, —N (C 6 H 5 ) —, —O—, or —S—. ,
R is hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, an aryloxy group having 6 to 20 carbon atoms, or an acyl having 2 to 20 carbon atoms. Group,
X is a protonic acid group, which is a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, an alkylsulfonic acid group having 1 to 6 carbon atoms, an oxyalkylsulfonic acid group having 1 to 20 carbon atoms, or an alkylphosphoric acid group having 1 to 6 carbon atoms. Group, or an oxyalkyl phosphate group having 1 to 20 carbon atoms,
m represents the number of substituents of 1 to 5,
f represents the number of substituents of 1 to (5-m). ]
[6]
The second aromatic polymer compound includes at least one aromatic ring or heterocyclic ring selected from the group consisting of the following formulas (6), (8), (9), and (10): 1] The method described above.


[In the formula (6), A represents a direct bond, —O—, —S—, —S (O) —, —S (O) 2 —, —C (O) —, —P (O) (C 6 H 5) -, - C (CH 3) 2 -, - CH 2 -, - C (C 6 H 5) 2 -, or


Indicate
B, C, D and E may be the same as or different from each other, hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, An aryloxy group having 6 to 20 carbon atoms, an acyl group having 2 to 20 carbon atoms, or a cyano group. ]


[In Formula (8), F and G may be the same as or different from each other, hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, and 6 to 20 carbon atoms. An aryl group, an aryloxy group having 6 to 20 carbon atoms, an acyl group having 2 to 20 carbon atoms, or a cyano group is shown. ]


[In the formula (9), A represents a direct bond, -O-, -S-, -S (O)-, -S (O) 2- , -C (O)-, -P (O) (C 6 H 5 ) —, —C (CH 3 ) 2 —, —CH 2 —, —C (C 6 H 5 ) 2 — or an alkylidene group having 1 to 10 carbon atoms,
R may be the same or different and each represents hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 20 carbon atoms. An aryloxy group or an acyl group having 2 to 20 carbon atoms;
f and j each independently represent 1 to 5 substituents. ]


[In the formula (10), Z represents a direct bond, —NH—, an alkylamino group having 1 to 10 carbon atoms, —N (C 6 H 5 ) —, —O—, or —S—;
R is hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, an aryloxy group having 6 to 20 carbon atoms, or an acyl having 2 to 20 carbon atoms. Group,
f shows the number of substituents of 1-5. ]
[7]
The method according to [1], wherein the protonic acid group is a sulfonic acid group and / or a phosphoric acid group.
[8]
The method according to [1], wherein the first aromatic polymer compound is the following formula (11).

(11)

[In Formula (11), A's may be the same or different, and may be a direct bond, -O-, -S-, -S (O)-, -S (O) 2- , -C. (O) -, - P ( O) (C 6 H 5) -, - C (CH 3) 2 -, - CH 2 -, or -C (C 6 H 5) 2 - indicates,
X represents a halogen group,
n represents an integer of 3 or more. ]
[9]
It is related with the block copolymer prepared by the method of any one of [1]-[8].
[10]
[9] A polymer electrolyte composition comprising the block copolymer according to [9].
[11]
[10] A polymer electrolyte membrane comprising the polymer electrolyte composition according to [10].

本発明のブロック共重合体の製造方法は、極性の大きく異なるセグメント同士(プロトン酸基を有する第一の芳香族高分子化合物及び該第一の芳香族高分子化合物と反応性でプロトン酸基を有しない第二の芳香族高分子化合物)をブロック化することが可能である。特に、上記第一の芳香族高分子化合物に予め反応性基である一価の疎水性芳香族ハロゲン基を導入しておくことによって、上記第一の芳香族高分子化合物と第二の芳香族高分子化合物との反応を確実に行うことができる。特に、例えば、特許文献4で得られるポリマーが[−A−A−B−B−A−B−] (Aが親水ブロック、Bが疎水ブロック)のように疎水ブロックあるいは親水ブロック同士が連続する結合様式を持つブロックポリマーとなるのに対し、本発明のブロック共重合体の製造方法によれば、確実に[−A−B−A−B−A−B−](具体的には、Aが第一の芳香族高分子化合物(親水ブロック)、及び、Bが第二の芳香族高分子化合物(疎水ブロック))の結合様式を持ったブロックポリマーが得られる。
本発明の製造方法を用いて合成したブロック共重合体は、高いプロトン導電性を発現する高分子電解質膜の素材として好適に用いることが可能である。
また、本発明のブロック共重合体の製造方法は、上記各第一の芳香族高分子化合物及び第二の芳香族高分子化合物のセグメント鎖長を容易に制御することが可能で、且つ、セグメント鎖長によらずブロック共重合体を高分子量化することができる。
また本発明の製造方法から得られるブロック共重合体を用いて、これを含む高分子電解質、及び高分子電解質膜を提供することができる。
また、本発明のブロック共重合体の製造方法は、分子内にハロゲン基を含まないブロック共重合体を提供することができる。
また、本発明の高分子電解質膜は、ハロゲンを含まないため、廃棄やリサイクルの際に発生する処理コストや環境負荷を低減することができる。
また、本発明の高分子電解質膜は、製造工程が簡便であるため、品質が安定しており、製造コストが低いという優れた性質を有する。
The method for producing a block copolymer according to the present invention comprises the following steps: a segment having significantly different polarities (the first aromatic polymer compound having a proton acid group and the first aromatic polymer compound reactive with the proton acid group It is possible to block the second aromatic polymer compound that does not have. In particular, by introducing a monovalent hydrophobic aromatic halogen group which is a reactive group into the first aromatic polymer compound in advance, the first aromatic polymer compound and the second aromatic polymer compound are introduced. Reaction with a high molecular compound can be performed reliably. In particular, for example, the polymer obtained in Patent Document 4 is a series of hydrophobic blocks or hydrophilic blocks such as [-A-A-B-B-A-B-] (A is a hydrophilic block, B is a hydrophobic block). In contrast to a block polymer having a bonding mode, the method for producing a block copolymer of the present invention reliably produces [-A-B-A-B-A-B-] (specifically, A Is a block polymer having a bonding mode of the first aromatic polymer compound (hydrophilic block) and B is the second aromatic polymer compound (hydrophobic block).
The block copolymer synthesized using the production method of the present invention can be suitably used as a material for a polymer electrolyte membrane that exhibits high proton conductivity.
Further, the method for producing a block copolymer of the present invention can easily control the segment chain length of each of the first aromatic polymer compound and the second aromatic polymer compound, and The block copolymer can have a high molecular weight regardless of the chain length.
Moreover, the polymer electrolyte containing this and a polymer electrolyte membrane can be provided using the block copolymer obtained from the manufacturing method of this invention.
Moreover, the method for producing a block copolymer of the present invention can provide a block copolymer containing no halogen group in the molecule.
In addition, since the polymer electrolyte membrane of the present invention does not contain halogen, it is possible to reduce processing costs and environmental burdens that occur during disposal and recycling.
In addition, the polymer electrolyte membrane of the present invention has excellent properties that the production process is simple, the quality is stable, and the production cost is low.

以下、本発明について詳述する。
(1)ブロック共重合体
本発明のブロック共重合体は、(a)末端に一価の疎水性芳香族ハロゲン基を有し(但し、前記一価の疎水性芳香族ハロゲン基はパーフルオロビフェニル基ではない)、且つプロトン酸基を有する第一の芳香族高分子化合物(親水セグメント)と、(b)末端に前記第一の芳香族高分子化合物の一価の疎水性芳香族ハロゲン基と反応し得る反応性基を有し、且つプロトン酸基を有しない第二の芳香族高分子化合物(疎水セグメント)とを反応させ、結合したものである。本発明のブロック共重合体は、分子内にハロゲンを含まない。従って、上記第一の芳香族高分子化合物及び第二の芳香族高分子化合物としては、少なくとも末端基以外にハロゲン基を含まない高分子化合物が選択される。
通常、互いに反応可能な官能基を各々有する2つの高分子セグメント同士を共重合させると、ブロック共重合体が得られる。しかしながら、極性が大きく異なる高分子セグメント同士を共重合してブロック共重合体を得ようとすると、当該極性が異なる高分子セグメントは、互いに相溶性が悪く、単純に両高分子セグメントを混合してブロック共重合しても、同一高分子セグメント同士が反応するだけで、異なる高分子セグメント間の反応が十分に進行しないことが多い。
そこで、親水性の高分子セグメント(第一の芳香族高分子化合物)の末端に、疎水性で且つ高活性な一価の疎水性芳香族ハロゲン基を予め結合させておくことによって、親水性の高分子セグメントの末端に疎水性の高分子セグメント(第二の芳香族高分子化合物)に対する相溶性と反応活性とを付与した。これにより、異なる高分子セグメントによるブロック共重合反応が十分に進行し、さらに必要に応じて得られたブロック共重合体をブロック共重合体前駆体として利用し、複数のブロック共重合体前駆体同士を架橋してより高分子量の優れたブロック共重合体が得ることができる。
以下、上記第一の芳香族高分子化合物及び第二の芳香族高分子化合物の構造並びに割合、これらの調製方法等について詳しく説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
(1) Block copolymer The block copolymer of the present invention has (a) a monovalent hydrophobic aromatic halogen group at the terminal (provided that the monovalent hydrophobic aromatic halogen group is perfluorobiphenyl). A first aromatic polymer compound (hydrophilic segment) having a protonic acid group, and (b) a monovalent hydrophobic aromatic halogen group of the first aromatic polymer compound at the terminal, It is obtained by reacting and bonding with a second aromatic polymer compound (hydrophobic segment) having a reactive group capable of reacting and not having a protonic acid group. The block copolymer of the present invention does not contain halogen in the molecule. Therefore, as the first aromatic polymer compound and the second aromatic polymer compound, a polymer compound containing no halogen group other than at least the terminal group is selected.
Usually, when two polymer segments each having a functional group capable of reacting with each other are copolymerized, a block copolymer is obtained. However, when trying to obtain a block copolymer by polymerizing polymer segments having greatly different polarities, the polymer segments having different polarities are not compatible with each other, and simply mixing both polymer segments. Even in the block copolymerization, the same polymer segments often react with each other, and the reactions between different polymer segments often do not proceed sufficiently.
Therefore, a hydrophilic and highly active monovalent hydrophobic aromatic halogen group is previously bonded to the end of the hydrophilic polymer segment (first aromatic polymer compound), thereby making the hydrophilic polymer segment (first aromatic polymer compound) hydrophilic. At the end of the polymer segment, compatibility with the hydrophobic polymer segment (second aromatic polymer compound) and reaction activity were imparted. As a result, the block copolymer reaction by different polymer segments proceeds sufficiently, and the block copolymer obtained as necessary is used as a block copolymer precursor, and a plurality of block copolymer precursors are Can be crosslinked to obtain a block copolymer having a higher molecular weight.
Hereinafter, the structure and ratio of the first aromatic polymer compound and the second aromatic polymer compound, the preparation method thereof, and the like will be described in detail.

(1-1)第一の芳香族高分子化合物の構造
本発明の(a)第一の芳香族高分子化合物は、末端一価の疎水性芳香族ハロゲン基と、プロトン酸基を導入した二価の基とを有する。
(1-1-1)末端一価の疎水性芳香族ハロゲン基
本発明の第一の芳香族高分子化合物に存在する末端一価の疎水性芳香族ハロゲン基は、パーフルオロビフェニル基以外の基であり、疎水性が高く、且つ高い反応活性を有する。疎水性の反応性基を親水セグメントに導入することによって疎水セグメントとの末端の相溶性が良好になり、ブロック化の反応が進行しやすくなる。反応活性の高い反応性基を用いることによって、ブロック化の反応温度を低くすることができる。より低い温度でブロック化の反応を行うことにより、ブロック共重合体のランダム化を抑制する効果が期待できる。本発明において反応活性とは、重合反応に対する活性を言い、また重合反応が、80℃〜180℃、好ましくは80℃〜160℃で進行する場合を活性が高いとする。
末端一価の疎水性芳香族ハロゲン基は、隣接する基(プロトン酸基を導入した二価の基など)と、直接結合、−O−、−S−、−S(O)−、−S(O)2−、−C(0)−、−P(O)(C6H5)−、−C(CH3)2−、−CH2−、又は−C(C6H5)2−で結合されていてもよい。
末端一価の疎水性芳香族ハロゲン基としては例えば、


等が挙げられる。
(1-1) Structure of the first aromatic polymer compound The (a) first aromatic polymer compound of the present invention comprises a terminal monovalent hydrophobic aromatic halogen group and a protonic acid group introduced. And a valent group.
(1-1-1) Terminal monovalent hydrophobic aromatic halogen group The terminal monovalent hydrophobic aromatic halogen group present in the first aromatic polymer compound of the present invention is a group other than a perfluorobiphenyl group. It is highly hydrophobic and has high reaction activity. By introducing a hydrophobic reactive group into the hydrophilic segment, the compatibility of the terminal with the hydrophobic segment becomes good, and the blocking reaction easily proceeds. By using a reactive group with high reaction activity, the reaction temperature for blocking can be lowered. By performing the blocking reaction at a lower temperature, an effect of suppressing randomization of the block copolymer can be expected. In the present invention, the reaction activity refers to the activity for the polymerization reaction, and the activity is high when the polymerization reaction proceeds at 80 ° C. to 180 ° C., preferably 80 ° C. to 160 ° C.
The terminal monovalent hydrophobic aromatic halogen group has a direct bond, -O-, -S-, -S (O)-, -S with an adjacent group (such as a divalent group having a protonic acid group introduced). (O) 2- , -C (0)-, -P (O) (C 6 H 5 )-, -C (CH 3 ) 2- , -CH 2- , or -C (C 6 H 5 ) 2 -May be combined.
Examples of terminal monovalent hydrophobic aromatic halogen groups include:


Etc.

(1-1-2)プロトン酸基を導入した二価の基
本発明の第一の芳香族高分子化合物は、以下に示すプロトン酸基を導入した二価の基(α)及び/又はプロトン酸基を導入した二価の基(β)を主鎖に含む。
プロトン酸基を導入した二価の基(α)は、下記の式(1)及び/又は下記の式(3)のプロトン酸基を導入した芳香環を有する構造単位を含んでいることが好ましい。


式(1)中、Aは、直接結合、−O−、−S−、−S(O)−、−S(O)2−、−C(O)−、−P(O)(C6H5)−、−C(CH3)2−、−CH2−、−C(C6H5)2−、又は、


[式(2)中、Xは、それぞれ同一であっても異なっていてもよいプロトン酸基であって、スルホン酸基、リン酸基、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6のアルキルスルホン酸基、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10より好ましくは炭素数1〜6のオキシアルキルスルホン酸基、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6のアルキルリン酸基、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6のオキシアルキルリン酸基を示す。mは1〜4、好ましくは、1〜2、より好ましくは1の置換基数を示す。nは、1〜4、好ましくは、1〜2、より好ましくは1の置換基数を示す。]
を示す。
(1-1-2) Divalent Group Introduced with Protic Acid Group The first aromatic polymer compound of the present invention has the following divalent group (α) and / or proton introduced with a protonic acid group: The main chain contains a divalent group (β) into which an acid group has been introduced.
The divalent group (α) having a proton acid group introduced therein preferably contains a structural unit having an aromatic ring having a proton acid group introduced into the following formula (1) and / or the following formula (3). .


In the formula (1), A is a direct bond, -O -, - S -, - S (O) -, - S (O) 2 -, - C (O) -, - P (O) (C 6 H 5) -, - C ( CH 3) 2 -, - CH 2 -, - C (C 6 H 5) 2 -, or,


[In Formula (2), X is the proton acid group which may be the same or different, respectively, Comprising: A sulfonic acid group, a phosphoric acid group, C1-C20, Preferably C1-C10, More preferably an alkylsulfonic acid group having 1 to 6 carbon atoms, 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably an oxyalkylsulfonic acid group having 1 to 6 carbon atoms, 1 to 20 carbon atoms, preferably An alkyl phosphate group having 1 to 10 carbon atoms, more preferably an alkyl phosphate group having 1 to 6 carbon atoms, an oxyalkyl phosphate group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, and more preferably 1 to 6 carbon atoms. . m represents the number of substituents of 1 to 4, preferably 1 to 2, more preferably 1. n represents 1 to 4, preferably 1 to 2, more preferably 1 substituent. ]
Indicates.

Rは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、水素、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数6〜20、好ましくは炭素数6〜16、より好ましくは炭素数6〜14のアリール基、炭素数6〜20、好ましくは炭素数6〜16、より好ましくは炭素数6〜14のアリールオキシ基又は炭素数2〜20、好ましくは炭素数6〜14、より好ましくは炭素数2〜14のアシル基を示す。
Xは、それぞれ同一であっても異なっていてもよいプロトン酸基であって、スルホン酸基、リン酸基、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6のオキシアルキルスルホン酸基、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6のオキシアルキル酸基を示す。
mは、1〜4、好ましくは、1〜2、より好ましくは1の置換基数を示す。
fは、1〜(4−m)、好ましくは、1〜2、より好ましくは1の置換基数を示す。
nは、1〜4、好ましくは、1〜2、より好ましくは1の置換基数を示す。
jは、1〜(4−n)、好ましくは、1〜2、より好ましくは1の置換基数を示す。
R may be the same or different, and hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and preferably 1 to 20 carbon atoms, preferably Is an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms, 6 to 20 carbon atoms, preferably 6 to 16 carbon atoms, more preferably an aryl group having 6 to 14 carbon atoms, 6 to 20 carbon atoms. , Preferably an aryloxy group having 6 to 16 carbon atoms, more preferably an aryloxy group having 6 to 14 carbon atoms, or an acyl group having 2 to 20 carbon atoms, preferably 6 to 14 carbon atoms, more preferably 2 to 14 carbon atoms.
X is a protonic acid group which may be the same or different, and is a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 1 carbon atoms. 6 represents an oxyalkylsulfonic acid group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms.
m represents the number of substituents of 1 to 4, preferably 1 to 2, more preferably 1.
f represents the number of substituents of 1 to (4-m), preferably 1 to 2, more preferably 1.
n represents 1 to 4, preferably 1 to 2, more preferably 1 substituent.
j represents 1- (4-n), preferably 1-2, more preferably 1 substituent number.

式(1)のプロトン酸基を導入した二価の基(α)としては例えば、















等が挙げられる。
Examples of the divalent group (α) introduced with the protonic acid group of the formula (1) include:















Etc.


式(3)中、Rは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、水素、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数6〜20、好ましくは炭素数6〜16、より好ましくは炭素数6〜14のアリール基、炭素数6〜20、好ましくは炭素数6〜16、より好ましくは炭素数6〜14のアリールオキシ基、炭素数2〜20、好ましくは炭素数2〜16、より好ましくは炭素数2〜14のアシル基を示す。
Xは、それぞれ同一であっても異なっていてもよいプロトン酸基であって、スルホン酸基、リン酸基、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6のアルキルスルホン酸基、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6のオキシアルキルスルホン酸基、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6のアルキルリン酸基、又は炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6のオキシアルキルリン酸基を示す。
mは、1〜4、好ましくは、1〜2、より好ましくは1の置換基数を示す。
fは、1〜(4−m)、好ましくは、1〜2、より好ましくは1の置換基数を示す。
nは、1〜4、好ましくは、1〜2、より好ましくは1の置換基数を示す。
jは、1〜(4−n)、好ましくは、1〜2、より好ましくは1の置換基数を示す。

In the formula (3), R may be the same or different from each other, and is hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms, and carbon. An aryl group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms, 6 to 20 carbon atoms, preferably 6 to 16 carbon atoms, and more preferably 6 to 14 carbon atoms. An aryloxy group having 6 to 20 carbon atoms, preferably 6 to 16 carbon atoms, more preferably 6 to 14 carbon atoms, 2 to 20 carbon atoms, preferably 2 to 16 carbon atoms, more preferably 2 to 14 carbon atoms. An acyl group of
X is a proton acid group which may be the same or different, and is a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 1 carbon atoms. 6 alkyl sulfonic acid groups, 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon oxyalkyl sulfonic acid groups, 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, More preferably, it represents an alkyl phosphate group having 1 to 6 carbon atoms, or an oxyalkyl phosphate group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, and more preferably 1 to 6 carbon atoms.
m represents the number of substituents of 1 to 4, preferably 1 to 2, more preferably 1.
f represents the number of substituents of 1 to (4-m), preferably 1 to 2, more preferably 1.
n represents 1 to 4, preferably 1 to 2, more preferably 1 substituent.
j represents 1- (4-n), preferably 1-2, more preferably 1 substituent number.

式(3)のプロトン酸基を導入した二価の基(α)としては例えば、









等が挙げられる。
Examples of the divalent group (α) introduced with the protonic acid group of the formula (3) include:









Etc.

プロトン酸基を導入した二価の基(β)は、下記の式(4)及び/又は、式(5)のプロトン酸基を導入した複素環を有する構造単位を含んでいることが好ましい。


式(4)中、Aは、直接結合、−O−、−S−、−S(O)−、−S(O)2−、−C(O)−、−P(O)(C6H5)−、−C(CH3)2−、−CH2−、−C(C6H5)2−、又は炭素数1〜10、好ましくは炭素数1〜8、より好ましくは炭素数1〜6のアルキリデン基を示す。
Rは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、水素、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数6〜20、好ましくは炭素数6〜16、より好ましくは炭素数6〜14のアリール基、炭素数6〜20、好ましくは炭素数6〜16、より好ましくは炭素数6〜14のアリールオキシ基、炭素数2〜20、好ましくは炭素数2〜16、より好ましくは炭素数2〜14のアシル基を示す。
Xは、それぞれ同一であっても異なっていてもよいプロトン酸基であって、スルホン酸基、リン酸基、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6のアルキルスルホン酸基、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6のオキシアルキルスルホン酸基、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6のアルキルリン酸基、又は炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6のオキシアルキルリン酸基を示す。
mは、1〜5、好ましくは、1〜2、より好ましくは1の置換基数を示す。
fは、1〜(5−m)、好ましくは、1〜2、より好ましくは1の置換基数を示す。
nは、1〜5、好ましくは、1〜2、より好ましくは1の置換基数を示す。
jは、1〜(5−n)、好ましくは、1〜2、より好ましくは1の置換基数を示す。
The divalent group (β) having a proton acid group introduced therein preferably contains a structural unit having a heterocyclic ring having a proton acid group introduced by the following formula (4) and / or formula (5).


Wherein (4), A is a direct bond, -O -, - S -, - S (O) -, - S (O) 2 -, - C (O) -, - P (O) (C 6 H 5 ) —, —C (CH 3 ) 2 —, —CH 2 —, —C (C 6 H 5 ) 2 —, or C 1-10, preferably C 1-8, more preferably C 1-6 alkylidene groups are shown.
R may be the same as or different from each other, and hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and 1 to 20 carbon atoms, preferably Is an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms, 6 to 20 carbon atoms, preferably 6 to 16 carbon atoms, more preferably an aryl group having 6 to 14 carbon atoms, 6 to 20 carbon atoms. , Preferably an aryloxy group having 6 to 16 carbon atoms, more preferably an aryloxy group having 6 to 14 carbon atoms, and an acyl group having 2 to 20 carbon atoms, preferably 2 to 16 carbon atoms, and more preferably 2 to 14 carbon atoms.
X is a proton acid group which may be the same or different, and is a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 1 carbon atoms. 6 alkyl sulfonic acid groups, 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon oxyalkyl sulfonic acid groups, 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, More preferably, it represents an alkyl phosphate group having 1 to 6 carbon atoms, or an oxyalkyl phosphate group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, and more preferably 1 to 6 carbon atoms.
m represents the number of substituents of 1 to 5, preferably 1 to 2, more preferably 1.
f represents the number of substituents of 1 to (5-m), preferably 1 to 2, more preferably 1.
n represents 1 to 5, preferably 1 to 2, more preferably 1 substituent.
j represents 1- (5-n), preferably 1-2, more preferably 1 substituent number.

式(4)のプロトン酸基を導入した二価の基(β)としては例えば、










等が挙げられる。
Examples of the divalent group (β) introduced with the protonic acid group of the formula (4) include:










Etc.


式(5)中、Zは、直接結合、−NH−、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6の2価のアルキルアミノ基、−N(C6H5)−、−O−、又は−S−を示す。
Rは、水素、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数6〜20、好ましくは炭素数6〜16、より好ましくは炭素数6〜14のアリール基、炭素数6〜20、好ましくは炭素数6〜14、より好ましくは炭素数6〜14のアリールオキシ基、炭素数2〜20、好ましくは炭素数2〜16、より好ましくは炭素数2〜14のアシル基を示す。
Xは、プロトン酸基であって、スルホン酸基、リン酸基、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6のアルキルスルホン酸基、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6のオキシアルキルスルホン酸基、炭素数1〜6、好ましくは炭素数1〜4のアルキルリン酸基、又は炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6のオキシアルキルリン酸基を示す。
mは、1〜5、好ましくは、1〜2、より好ましくは1の置換基数を示す。
fは、1〜(5−m)、好ましくは、1〜2、より好ましくは1の置換基数を示す。

In formula (5), Z represents a direct bond, —NH—, a divalent alkylamino group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms, —N (C 6 H 5 ) —, —O—, or —S—.
R is hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms, 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably a carbon number. 1 to 6 alkoxy groups, 6 to 20 carbon atoms, preferably 6 to 16 carbon atoms, more preferably aryl groups having 6 to 14 carbon atoms, 6 to 20 carbon atoms, preferably 6 to 14 carbon atoms, more preferably An aryloxy group having 6 to 14 carbon atoms, an acyl group having 2 to 20 carbon atoms, preferably 2 to 16 carbon atoms, and more preferably 2 to 14 carbon atoms is shown.
X is a protonic acid group, and is a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, an alkylsulfonic acid group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms, and 1 to 1 carbon atoms. 20, preferably an oxyalkylsulfonic acid group having 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms, an alkyl phosphate group having 1 to 6 carbon atoms, preferably 1 to 4 carbon atoms, or 1 to 20 carbon atoms , Preferably an oxyalkyl phosphate group having 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms.
m represents the number of substituents of 1 to 5, preferably 1 to 2, more preferably 1.
f represents the number of substituents of 1 to (5-m), preferably 1 to 2, more preferably 1.

式(5)のプロトン酸基を導入した二価の基(β)としては例えば、






等が挙げられる。
ここで、プロトン酸基を導入した二価の基(α)及び(β)の構造単位は、必ずしも一種類に限定されるものではなく、二種類以上の構造単位が含まれていてもよい。
Examples of the divalent group (β) introduced with the protonic acid group of the formula (5) include:






Etc.
Here, the structural units of the divalent groups (α) and (β) into which protonic acid groups are introduced are not necessarily limited to one type, and two or more types of structural units may be included.

(1-1-3)他の二価の基
さらに、本発明の第一の芳香族高分子化合物には、上記プロトン酸基を導入した二価の基(α)及び(β)以外の他の二価の基が含まれていてもよい。本発明における上記プロトン酸基を導入した二価の基(α)及び(β)以外の他の二価の基は、特に制限はないが、例えば、第二の芳香族高分子化合物に用いられるプロトン酸基を有しない二価の基、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、テトラメチレンオキシド等に由来する二価のアルキレンエーテル基、芳香族イミド、アミド等の結合を有する二価の芳香族エーテル基等がある。
上記プロトン酸基を導入した二価の基(α)及び(β)と、上記他の二価の基とは、直接結合、−O−、−S−、−S(O)−、−S(O)2−、−C(O)−、−P(O)(C6H5)−、−C(CH3)2−、−CH2−、又は−C(C6H5)2−で結合されていてもよい。
(1-1-3) Other divalent groups Further, the first aromatic polymer compound of the present invention includes other than the divalent groups (α) and (β) into which the protonic acid group is introduced. These divalent groups may be included. Other divalent groups other than the divalent groups (α) and (β) into which the protonic acid group is introduced in the present invention are not particularly limited, but are used for the second aromatic polymer compound, for example. Divalent groups not having a protonic acid group, divalent alkylene ether groups derived from ethylene oxide, propylene oxide, tetramethylene oxide, etc., divalent aromatic ether groups having bonds such as aromatic imides, amides, etc. .
The divalent groups (α) and (β) into which the protonic acid group is introduced and the other divalent groups are a direct bond, —O—, —S—, —S (O) —, —S. (O) 2 -, - C (O) -, - P (O) (C 6 H 5) -, - C (CH 3) 2 -, - CH 2 -, or -C (C 6 H 5) 2 -May be combined.

(1-1-4)第一の芳香族高分子化合物に含まれるプロトン酸基の量
本発明の第一の芳香族高分子化合物に含まれるプロトン酸基の含有量に特に制限は無いが、第一の芳香族高分子化合物中の合計プロトン酸基量が、イオン交換当量質量(EW値)で200〜600、好ましくは、200〜550、より好ましくは200〜500になる範囲で調整されることが好ましい。ここでイオン交換当量質量(EW値)とは、プロトン酸基1モル当りの高分子化合物の質量(g)を指す。第一の芳香族高分子化合物のEW値が、250以上であれば、ブロック共重合体の耐溶剤性が極端に低下することも無く、600以下であれば、ブロック共重合体のプロトン伝導性が低下することも無い。
(1-1-4) Amount of protonic acid group contained in the first aromatic polymer compound The content of the protonic acid group contained in the first aromatic polymer compound of the present invention is not particularly limited, The total amount of protonic acid groups in the first aromatic polymer compound is adjusted in the range of 200 to 600, preferably 200 to 550, more preferably 200 to 500 in terms of ion exchange equivalent mass (EW value). It is preferable. Here, the ion exchange equivalent mass (EW value) refers to the mass (g) of the polymer compound per mole of protonic acid groups. If the EW value of the first aromatic polymer compound is 250 or more, the solvent resistance of the block copolymer is not drastically lowered, and if it is 600 or less, the proton conductivity of the block copolymer is reduced. There is no decline.

(1-1-5)第一の芳香族高分子化合物の分子量
前記第一の芳香族高分子化合物の質量平均分子量は、2000以上150000以下が好ましく、7000以上120000以下がより好ましく、7000以上100000以下がさらに好ましい。質量平均分子量が2000以上であれば、第一の芳香族高分子化合物の分子鎖長が不足することも無く、150000以下であれば、ブロック共重合反応が不十分になることもない。
また、前記第一の芳香族高分子化合物の数平均分子量は、5000以上100000以下が好ましく、8000以上80000以下がより好ましく、10000以上50000以下がさらに好ましい。質量平均分子量が5000以上であれば、第一の芳香族高分子化合物の分子鎖長が不足することも無く、100000以下であれば、ブロック共重合反応が不十分になることもない。
(1-1-5) Molecular weight of the first aromatic polymer compound The mass average molecular weight of the first aromatic polymer compound is preferably 2000 or more and 150,000 or less, more preferably 7000 or more and 120,000 or less, and 7000 or more and 100,000. The following is more preferable. If the mass average molecular weight is 2000 or more, the molecular chain length of the first aromatic polymer compound will not be insufficient, and if it is 150,000 or less, the block copolymerization reaction will not be insufficient.
Further, the number average molecular weight of the first aromatic polymer compound is preferably from 5,000 to 100,000, more preferably from 8,000 to 80,000, and further preferably from 10,000 to 50,000. If the mass average molecular weight is 5000 or more, the molecular chain length of the first aromatic polymer compound will not be insufficient, and if it is 100000 or less, the block copolymerization reaction will not be insufficient.

本発明の第一の芳香族高分子化合物としては、具体的には下記の式(11)の構造を含んでいることがより好ましい。


式(11)中、Aは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、直接結合、−O−、−S−、−S(O)−、−S(O)2−、−C(O)−、−P(O)(C6H5)−、−C(CH3)2−、−CH2−、又は−C(C6H5)2−を示す。
nは、3以上、好ましくは、5以上、より好ましくは5〜50、さらに好ましくは5〜50の整数よりなる。
Xはハロゲン基、好ましくは、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、より好ましくは、フッ素を示す。
Specifically, the first aromatic polymer compound of the present invention more preferably includes the structure of the following formula (11).


In formula (11), A's may be the same or different, and are each a direct bond, -O-, -S-, -S (O)-, -S (O) 2- , -C ( O) -, - P (O ) (C 6 H 5) -, - C (CH 3) 2 -, - CH 2 -, or -C (C 6 H 5) 2 - shows a.
n is an integer of 3 or more, preferably 5 or more, more preferably 5 to 50, and still more preferably 5 to 50.
X represents a halogen group, preferably fluorine, chlorine, bromine, iodine, more preferably fluorine.

式(11)で示される第一の芳香族高分子化合物としては例えば、




















挙げられる。
Examples of the first aromatic polymer compound represented by the formula (11) include:




















Can be mentioned.

(1-2)第二の芳香族高分子化合物の構造
本発明の(b)第二の芳香族高分子化合物は、末端に前記第一の芳香族高分子化合物のパーフルオロビフェニル基と反応し得る反応性基と、プロトン酸基を有しない二価の基とを有する。
(1-2-1)末端反応性基
本発明の第二の芳香族高分子化合物の末端に存在する反応性基は、前記第一の芳香族高分子化合物のパーフルオロビフェニル基と反応し得る。この反応性基としては、特に制限は無いが、例えば、芳香族アミノ基、芳香族チオール基、フェノール性水酸基等が好ましく、フェノール性水酸基が反応性、及び取扱い易さの観点から特に好ましい。具体的には、芳香族アミノ基としては、例えば、

が挙げられる。また、芳香族チオール基としては、例えば、


が挙げられる。さらに、フェノール性水酸基としては、例えば、

が挙げられる。
末端反応性基は、隣接する基(プロトン酸基を有しない二価の基など)と、直接結合、−O−、−S−、−S(O)−、−S(O)2−、−C(O)−、−P(O)(C6H5)−、−C(CH3)2−、−CH2−、又は−C(C6H5)2−で結合されていてもよい。
(1-2) Structure of the second aromatic polymer compound (b) The second aromatic polymer compound of the present invention reacts with the perfluorobiphenyl group of the first aromatic polymer compound at the terminal. It has a reactive group to be obtained and a divalent group having no proton acid group.
(1-2-1) Terminal Reactive Group The reactive group present at the terminal of the second aromatic polymer compound of the present invention can react with the perfluorobiphenyl group of the first aromatic polymer compound. . Although there is no restriction | limiting in particular as this reactive group, For example, an aromatic amino group, an aromatic thiol group, a phenolic hydroxyl group etc. are preferable, and a phenolic hydroxyl group is especially preferable from a viewpoint of reactivity and the ease of handling. Specifically, as an aromatic amino group, for example,

Is mentioned. Moreover, as an aromatic thiol group, for example,


Is mentioned. Furthermore, as a phenolic hydroxyl group, for example,

Is mentioned.
The terminal reactive group includes an adjacent group (such as a divalent group having no proton acid group), a direct bond, -O-, -S-, -S (O)-, -S (O) 2- , -C (O) -, - P (O) (C 6 H 5) -, - C (CH 3) 2 -, - CH 2 -, or -C (C 6 H 5) 2 - have been coupled with Also good.

(1-2-2)プロトン酸基を有しない二価の基
本発明の第一の芳香族高分子化合物は、以下に示す芳香環を含む二価の基(γ)及び/又は複素環を含む二価の基(δ)を主鎖に含む。
芳香環を含む二価の基(γ)は、下記の式(6)及び/又は下記の式(8)の芳香環を有する構造単位を含んでいることが好ましい。


式(6)中、Aは、直接結合、−O−、−S−、−S(O)−、−S(O)2−、−C(O)−、−P(O)(C6H5)−、−C(CH3)2−、−CH2−、−C(C6H5)2−、又は


を示す。
B,C,D,Eは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、水素、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数6〜20、好ましくは炭素数6〜16、より好ましくは炭素数6〜14のアリール基、炭素数6〜20、好ましくは炭素数6〜16、より好ましくは炭素数6〜14のアリールオキシ基、炭素数2〜20、好ましくは炭素数2〜16、より好ましくは炭素数2〜14のアシル基、又はシアノ基である。
(1-2-2) Divalent group not having a protonic acid group The first aromatic polymer compound of the present invention comprises a divalent group (γ) and / or a heterocyclic ring containing an aromatic ring shown below. The main chain contains a divalent group (δ).
The divalent group (γ) containing an aromatic ring preferably contains a structural unit having an aromatic ring of the following formula (6) and / or the following formula (8).


Wherein (6), A is a direct bond, -O -, - S -, - S (O) -, - S (O) 2 -, - C (O) -, - P (O) (C 6 H 5) -, - C ( CH 3) 2 -, - CH 2 -, - C (C 6 H 5) 2 -, or


Indicates.
B, C, D, and E may be the same or different, and are hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms, and carbon. An aryl group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms, 6 to 20 carbon atoms, preferably 6 to 16 carbon atoms, and more preferably 6 to 14 carbon atoms. An aryloxy group having 6 to 20 carbon atoms, preferably 6 to 16 carbon atoms, more preferably 6 to 14 carbon atoms, 2 to 20 carbon atoms, preferably 2 to 16 carbon atoms, more preferably 2 to 14 carbon atoms. An acyl group or a cyano group.

式(6)の芳香環を含む二価の基(γ)としては例えば、



等が挙げられる。
Examples of the divalent group (γ) containing an aromatic ring of the formula (6) include



Etc.


式(8)中、F、Gは、水素または炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数6〜20、好ましくは炭素数6〜16、より好ましくは炭素数6〜14のアリール基、炭素数6〜20、好ましくは炭素数6〜16、より好ましくは炭素数6〜14のアリールオキシ基又は炭素数2〜20、好ましくは炭素数2〜16、より好ましくは炭素数2〜14のアシル基、及びシアノ基である。
式(8)の芳香環を含む二価の基(γ)としては、例えば、




等が挙げられる。

In the formula (8), F and G are hydrogen or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms, and 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 carbon atom. -10, more preferably an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, 6 to 20 carbon atoms, preferably 6 to 16 carbon atoms, more preferably an aryl group having 6 to 14 carbon atoms, 6 to 20 carbon atoms, preferably carbon An aryloxy group having 6 to 16 carbon atoms, more preferably an aryloxy group having 6 to 14 carbon atoms, or an acyl group having 2 to 20 carbon atoms, preferably 2 to 16 carbon atoms, more preferably 2 to 14 carbon atoms, and a cyano group.
As the divalent group (γ) containing the aromatic ring of the formula (8), for example,




Etc.

複素環を含む二価の基(δ)は、下記の式(9)及び/又は式(10)の複素環を有する構造単位を含んでいることが好ましい。


式(9)中、Aは、直接結合、−O−、−S−、−S(O)−、−S(O)2−、−C(O)−、−P(O)(C6H5)−、−C(CH3)2−、−CH2−、−C(C6H5)2−又は炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6のアルキリデン基を示す。
Rは、それぞれ同一であっても異なっていてもよいが、水素、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数6〜20、好ましくは炭素数6〜16、より好ましくは炭素数6〜14のアリール基、炭素数6〜20、好ましくは炭素数6〜16、より好ましくは炭素数6〜14のアリールオキシ基、炭素数2〜20、好ましくは炭素数2〜16、より好ましくは炭素数2〜14のアシル基を示す。
f及びjは、それぞれ独立して1〜5、好ましくは、1〜2、より好ましくは1の置換基数を示す。
The divalent group (δ) containing a heterocyclic ring preferably contains a structural unit having a heterocyclic ring of the following formula (9) and / or formula (10).


In the formula (9), A represents a direct bond, —O—, —S—, —S (O) —, —S (O) 2 —, —C (O) —, —P (O) (C 6 H 5 ) —, —C (CH 3 ) 2 —, —CH 2 —, —C (C 6 H 5 ) 2 —, or 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 carbon atom. -6 alkylidene groups are shown.
R may be the same or different, but hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, 1 to 20 carbon atoms, Preferably it is C1-C10, More preferably, it is C1-C6 alkoxy group, C6-C20, Preferably it is C6-C16, More preferably, it is C6-C14 aryl group, C6-C6 20, preferably an aryloxy group having 6 to 16 carbon atoms, more preferably 6 to 14 carbon atoms, an acyl group having 2 to 20 carbon atoms, preferably 2 to 16 carbon atoms, more preferably 2 to 14 carbon atoms. .
f and j each independently represent 1 to 5, preferably 1 to 2, more preferably 1 substituent.

式(9)の複素環を含む二価の基(δ)としては、例えば、





等が挙げられる。
Examples of the divalent group (δ) containing a heterocyclic ring of the formula (9) include:





Etc.


式(10)中、Zは、直接結合、−NH−、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6のアルキルアミノ基、−N(C6H5)−、−O−、又は−S−を示す。
Rは、水素、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数16〜のアルコキシ基、炭素数6〜20、好ましくは炭素数6〜16、より好ましくは炭素数6〜14のアリール基、炭素数6〜20、好ましくは炭素数6〜16、より好ましくは炭素数6〜14のアリールオキシ基、炭素数2〜20、好ましくは炭素数2〜16、より好ましくは炭素数2〜14のアシル基を示す。
fは、1〜5、好ましくは、1〜2、より好ましくは1の置換基数を示す。
式(10)の複素環を含む二価の基(δ)としては例えば、



等が挙げられる。
ここで、芳香環を含む二価の基(γ)及び複素環を含む二価の基(δ)の構造単位は、必ずしも一種類に限定されるものではなく、二種類以上の構造単位が含まれていてもよい。

In formula (10), Z is a direct bond, —NH—, an alkylamino group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms, —N (C 6 H 5 )-, -O-, or -S-.
R is hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms, 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably a carbon number. An alkoxy group having 16 to 16 carbon atoms, preferably 6 to 16 carbon atoms, more preferably an aryl group having 6 to 14 carbon atoms, 6 to 20 carbon atoms, preferably 6 to 16 carbon atoms, more preferably carbon An aryloxy group having 6 to 14 carbon atoms, an acyl group having 2 to 20 carbon atoms, preferably 2 to 16 carbon atoms, and more preferably 2 to 14 carbon atoms are shown.
f represents the number of substituents of 1 to 5, preferably 1 to 2, more preferably 1.
Examples of the divalent group (δ) containing a heterocyclic ring of the formula (10) include



Etc.
Here, the structural unit of the divalent group (γ) containing an aromatic ring and the divalent group (δ) containing a heterocyclic ring is not necessarily limited to one type, and includes two or more types of structural units. It may be.

(1-2-3)他の二価の基
さらに、本発明の第二の芳香族高分子化合物には、上記芳香環を含む二価の基(γ)及び複素環を含む二価の基(δ)以外の他の二価の基が含まれていてもよい。本発明における上記芳香環を含む二価の基(γ)及び複素環を含む二価の基(δ)以外の他の二価の基は、特に制限はないが、例えば、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、テトラメチレンオキシド等に由来する二価のアルキレンエーテル基、芳香族イミド、アミド等の結合を有する二価の芳香族エーテル基等のハロゲン基を含まない基がある。
上記芳香環を含む二価の基(γ)及び複素環を含む二価の基(δ)と上記他の二価の基とは、直接結合、−O−、−S−、−S(O)−、−S(O)2−、−C(O)−、−P(O)(C6H5)−、−C(CH3)2−、−CH2−、又は−C(C6H5)2−で結合されていてもよい。
(1-2-3) Other divalent groups Further, the second aromatic polymer compound of the present invention includes the above divalent group (γ) containing an aromatic ring and a divalent group containing a heterocyclic ring. Other divalent groups other than (δ) may be contained. The divalent group other than the divalent group (γ) containing an aromatic ring and the divalent group containing a heterocyclic ring (δ) in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include ethylene oxide, propylene oxide, There are groups that do not contain a halogen group such as a divalent alkylene ether group derived from tetramethylene oxide or the like, a divalent aromatic ether group having a bond such as an aromatic imide, or an amide.
The divalent group (γ) containing an aromatic ring and the divalent group (δ) containing a heterocyclic ring and the other divalent group are a direct bond, -O-, -S-, -S (O )-, -S (O) 2- , -C (O)-, -P (O) (C 6 H 5 )-, -C (CH 3 ) 2- , -CH 2- , or -C (C 6 H 5 ) 2- may be bonded.

(1-2-4)第二の芳香族高分子化合物の分子量
前記第二の芳香族高分子化合物の質量平均分子量は、例えば2000以上150000以下であり、5000以上150000以下が好ましく、7000以上120000以下がより好ましく、7000以上100000以下がさらに好ましい。質量平均分子量が5000以上であれば、セグメント長が不足することも無く、150000以下であれば、ブロック共重合反応が不十分になることもない。
また、前記第二の芳香族高分子化合物の数平均分子量は、2000以上100000以下が好ましく、3000以上80000以下がより好ましく、4000以上50000以下がさらに好ましい。質量平均分子量が2000以上であれば、第二の芳香族高分子化合物の分子鎖長が不足することも無く、100000以下であれば、ブロック共重合反応が不十分になることもない。
(1-2-4) Molecular Weight of Second Aromatic Polymer Compound The mass average molecular weight of the second aromatic polymer compound is, for example, 2,000 to 150,000, preferably 5,000 to 150,000, preferably 7,000 to 120,000. The following are more preferable, and 7000 or more and 100,000 or less are more preferable. If the mass average molecular weight is 5000 or more, the segment length will not be insufficient, and if it is 150,000 or less, the block copolymerization reaction will not be insufficient.
The number average molecular weight of the second aromatic polymer compound is preferably from 2,000 to 100,000, more preferably from 3,000 to 80,000, and even more preferably from 4,000 to 50,000. If the mass average molecular weight is 2000 or more, the molecular chain length of the second aromatic polymer compound will not be insufficient, and if it is 100000 or less, the block copolymerization reaction will not be insufficient.

本発明の第二の芳香族高分子化合物としては、具体的には下記の式(12)の構造を含んでいることがより好ましい。
(12)









Specifically, the second aromatic polymer compound of the present invention more preferably includes the structure of the following formula (12).
(12)









(1-3) 第一の芳香族高分子化合物と第二の芳香族高分子化合物との比率
本発明のブロック共重合体は、上記第一の芳香族高分子化合物と第二の芳香族高分子化合物とをブロック共重合することにより得られる。具体的には、第一の芳香族高分子化合物と前記第二の芳香族高分子化合物とを、上記第一の芳香族高分子化合物と第二の芳香族高分子化合物との質量比[第一の芳香族高分子化合物]/[第二の芳香族高分子化合物]の値が、例えば0.1以上10.0以下、好ましくは0.2以上5.0以下、より好ましくは0.2以上3.0以下となるように混合してブロック共重合することが好適である。質量比[第一の芳香族高分子化合物]/[第二の芳香族高分子化合物]の値が0.1以上であればプロトン伝導性が良好となり、10.0以下であればブロック共重合体の耐久性が低下することもない。
(1-3) Ratio of the first aromatic polymer compound and the second aromatic polymer compound The block copolymer of the present invention comprises the first aromatic polymer compound and the second aromatic polymer compound. It is obtained by block copolymerization with a molecular compound. Specifically, the first aromatic polymer compound and the second aromatic polymer compound are mixed in a mass ratio between the first aromatic polymer compound and the second aromatic polymer compound [first The value of [one aromatic polymer compound] / [second aromatic polymer compound] is, for example, 0.1 or more and 10.0 or less, preferably 0.2 or more and 5.0 or less, more preferably 0.2. It is preferable to perform block copolymerization by mixing so as to be 3.0 or more. Proton conductivity is good when the value of the mass ratio [first aromatic polymer compound] / [second aromatic polymer compound] is 0.1 or more, and block weight is less than 10.0. The durability of coalescence is not lowered.

(1-4)他の化合物
本発明のブロック共重合体は、上記第一の芳香族高分子化合物と第二の芳香族高分子化合物の他、任意の他の化合物を含めて重合することによって得られてもよい。このような他の化合物は、上記第一の芳香族高分子化合物及び/又は第二の芳香族高分子化合物と反応し得るものであれば特に限定はされないが、例えば、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、テトラメチレンオキシド等に由来する二価のアルキレンエーテル基、パーフルオロアルキレンエーテル、芳香族イミド、アミド等の結合を有する二価の芳香族エーテル基等がある。
(1-4) Other compounds The block copolymer of the present invention is polymerized by including any other compound in addition to the first aromatic polymer compound and the second aromatic polymer compound. May be obtained. Such other compounds are not particularly limited as long as they can react with the first aromatic polymer compound and / or the second aromatic polymer compound. For example, ethylene oxide, propylene oxide, tetra Examples thereof include a divalent alkylene ether group derived from methylene oxide and the like, a divalent aromatic ether group having a bond such as a perfluoroalkylene ether, an aromatic imide, and an amide.

(1-5)ブロック共重合体のプロトン酸基量
本発明のブロック共重合体は、上記第一の芳香族高分子化合物に由来するプロトン酸基を有する。このプロトン酸基量に特に制限は無いが、プロトン伝導性と耐久性の観点から、イオン交換当量質量(EW値)の値で、300以上1000以下が好ましく、400以上900以下がより好ましく、500以上800以下がさらに好ましい。ここでイオン交換当量質量(EW値)とは、プロトン酸基1モル当りのブロック共重合体の質量(g)を言う。EW値が300以上であれば、耐久性が低下することもなく、1000以下であれば、プロトン伝導性が良好となる。
(1-5) Amount of Protic Acid Group of Block Copolymer The block copolymer of the present invention has a proton acid group derived from the first aromatic polymer compound. The amount of the protonic acid group is not particularly limited, but from the viewpoint of proton conductivity and durability, the ion exchange equivalent mass (EW value) is preferably from 300 to 1,000, more preferably from 400 to 900, more preferably 500 More preferable is 800 or less. Here, the ion exchange equivalent mass (EW value) refers to the mass (g) of the block copolymer per mole of protonic acid groups. If the EW value is 300 or more, the durability does not decrease, and if it is 1000 or less, the proton conductivity is good.

(2)ブロック共重合体の製造
本発明のブロック共重合体は、以下の工程;
(a)末端に一価の疎水性芳香族ハロゲン基を有し、且つプロトン酸基を有する第一の芳香族高分子化合物を調製する工程(但し、上記一価の疎水性芳香族ハロゲン基はパーフルオロビフェニル基ではない)、
(b)末端に前記第一の芳香族高分子化合物の一価の疎水性芳香族ハロゲン基と反応し得る反応性基を有し、且つプロトン酸基を有しない第二の芳香族高分子化合物を調製する工程、及び
(c)前記第一の芳香族高分子化合物と前記第二の芳香族高分子化合物とを結合してブロック共重合体を調製する工程、
により製造される。
(2) Production of block copolymer The block copolymer of the present invention comprises the following steps:
(A) a step of preparing a first aromatic polymer compound having a monovalent hydrophobic aromatic halogen group at the terminal and having a protonic acid group (provided that the monovalent hydrophobic aromatic halogen group is Not a perfluorobiphenyl group),
(B) a second aromatic polymer compound having a reactive group capable of reacting with a monovalent hydrophobic aromatic halogen group of the first aromatic polymer compound at the terminal and having no proton acid group And (c) combining the first aromatic polymer compound and the second aromatic polymer compound to prepare a block copolymer,
Manufactured by.

(2-1)第一の芳香族高分子化合物の調製
本発明の第一の芳香族高分子化合物の調製方法(工程(a))について説明する。
本発明の第一の芳香族高分子化合物は、末端にパーフルオロビフェニル基以外の一価の疎水性芳香族ハロゲン基を有し、且つプロトン酸基を有する。従って、第一の芳香族高分子化合物は、プロトン酸基を導入した二価の基を含む主鎖の末端に、一価の疎水性芳香族ハロゲン基を導入することによって合成される。末端一価の疎水性芳香族ハロゲン基を導入する方法としては、以下の方法が例示できる。
(1)疎水性芳香族ハロゲン基を有する化合物と反応する部分を保護した末端保護基と、プロトン酸基を導入した二価の基とを含む前駆体モノマーを(共)重合した後、得られた(共)重合体の該末端保護基を外し、該(共)重合体と一価の疎水性芳香族ハロゲン基を有する化合物とを反応させて該(共)重合体の末端に一価の疎水性芳香族ハロゲン基を導入する方法。
(2)プロトン酸基を導入した二価の基を含む前駆体モノマーと、該前駆体モノマーより過剰量の疎水性芳香族ハロゲン基を有する化合物と反応し得る別の前駆体モノマーとを準備し、これらの前駆体モノマーを共重合し、その後、得られた共重合体と一価の疎水性芳香族ハロゲン基を有する化合物とを反応させて該共重合体の末端に一価の疎水性芳香族ハロゲン基を導入する方法。
ここでは(2)の方法を例にとって説明する。
(2-1) Preparation of First Aromatic Polymer Compound The preparation method (step (a)) of the first aromatic polymer compound of the present invention will be described.
The first aromatic polymer compound of the present invention has a monovalent hydrophobic aromatic halogen group other than a perfluorobiphenyl group at the terminal and a protonic acid group. Therefore, the first aromatic polymer compound is synthesized by introducing a monovalent hydrophobic aromatic halogen group at the end of the main chain containing a divalent group having a proton acid group introduced. Examples of the method for introducing a terminal monovalent hydrophobic aromatic halogen group include the following methods.
(1) It is obtained after (co) polymerizing a precursor monomer containing a terminal protecting group that protects a portion that reacts with a compound having a hydrophobic aromatic halogen group and a divalent group into which a protonic acid group has been introduced. The terminal protective group of the (co) polymer was removed, and the (co) polymer and a compound having a monovalent hydrophobic aromatic halogen group were reacted to form a monovalent at the terminal of the (co) polymer. A method of introducing a hydrophobic aromatic halogen group.
(2) preparing a precursor monomer containing a divalent group having a proton acid group introduced therein and another precursor monomer capable of reacting with a compound having a hydrophobic aromatic halogen group in excess of the precursor monomer; Then, these precursor monomers are copolymerized, and then the obtained copolymer is reacted with a compound having a monovalent hydrophobic aromatic halogen group to give a monovalent hydrophobic aromatic at the terminal of the copolymer. To introduce a halogen group.
Here, the method (2) will be described as an example.

まず、第一の芳香族高分子化合物を調製するための前駆体高分子化合物(I)を合成する。前駆体高分子化合物(I)は、本発明におけるプロトン酸基を導入した二価の基(α)及び/又は(β)を含む1種以上の前駆体モノマー(η)と、上記他の二価の基を含む前駆体モノマー(θ)との共重合によって合成される。前駆体モノマー(η)は、その末端に前駆体モノマー(θ)の末端基と反応し得る反応性官能基を2個以上有する。前駆体モノマー(θ)は、その末端に前駆体モノマー(η)及び疎水性芳香族ハロゲン基を有する化合物と反応し得る反応性官能基を2個以上有する。ここで前駆体モノマー(θ)は、後の一価の疎水性芳香族ハロゲン基を有する化合物との反応に用いる反応部位を残すために、前駆体モノマー(η)に対して過剰に加えられる。ここで共重合体を製造する方法には特に制限はなく、それぞれの前駆体モノマーの組合せに応じた適切な公知の方法を用いることができる。
前駆体モノマー(η)としては、例えばプロトン酸基を導入した二価の基(α)及び/又は(β)を含むジハロゲン化化合物が好ましい。ハロゲンとしては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等が挙げられる。該反応性官能基は、互いに同一であっても異なっていてもよい。
First, the precursor polymer compound (I) for preparing the first aromatic polymer compound is synthesized. The precursor polymer compound (I) includes at least one precursor monomer (η) containing a divalent group (α) and / or (β) into which a protonic acid group is introduced in the present invention, and the other divalent group. It is synthesized by copolymerization with a precursor monomer (θ) containing a group of The precursor monomer (η) has two or more reactive functional groups capable of reacting with the end group of the precursor monomer (θ) at its end. The precursor monomer (θ) has two or more reactive functional groups capable of reacting with the precursor monomer (η) and a compound having a hydrophobic aromatic halogen group at its terminal. Here, the precursor monomer (θ) is added in excess with respect to the precursor monomer (η) in order to leave a reaction site used for the subsequent reaction with the compound having a monovalent hydrophobic aromatic halogen group. There is no restriction | limiting in particular in the method to manufacture a copolymer here, The appropriate well-known method according to each combination of precursor monomer can be used.
As the precursor monomer (η), for example, a dihalogenated compound containing a divalent group (α) and / or (β) into which a protonic acid group is introduced is preferable. Examples of the halogen include fluorine, chlorine, bromine and iodine. The reactive functional groups may be the same or different from each other.

上記前駆体モノマー(θ)としては、例えば、上記他の二価の基を含むジフェノール化合物、トリフェノール化合物、テトラフェノール化合物、ジチオフェノール化合物、トリチオフェノール化合物、テトラチオフェノール化合物、ジアミノ化合物、トリアミノ化合物、テトラアミノ化合物、ジ−置換アミノ化合物、トリ−置換アミノ化合物、テトラ−置換アミノ化合物等が挙げられる。前駆体モノマー(θ)は、1種類又は2種類以上を組み合わせて使用してもよい。前駆体モノマー(θ)の反応性官能基としては、フェノール基、チオフェノール基、アミノ基等が挙げられる。この反応性官能基は、互いに同一であっても異なっていてもよい。
前駆体モノマー(θ)は、前駆体モノマー(η)に対して過剰量(モル当量)となるように、好ましくは、1.01〜1.30当量、より好ましくは1.01〜1.25当量、さらに好ましくは、1.01〜1.20当量の量で加えることが好ましい。
Examples of the precursor monomer (θ) include diphenol compounds, triphenol compounds, tetraphenol compounds, dithiophenol compounds, trithiophenol compounds, tetrathiophenol compounds, diamino compounds containing other divalent groups, Triamino compounds, tetraamino compounds, di-substituted amino compounds, tri-substituted amino compounds, tetra-substituted amino compounds and the like can be mentioned. The precursor monomer (θ) may be used alone or in combination of two or more. Examples of the reactive functional group of the precursor monomer (θ) include a phenol group, a thiophenol group, and an amino group. The reactive functional groups may be the same or different from each other.
The precursor monomer (θ) is preferably 1.01 to 1.30 equivalents, more preferably 1.01 to 1.25 so as to be in an excess amount (molar equivalent) with respect to the precursor monomer (η). It is preferable to add in an amount of equivalent, more preferably 1.01-1.20 equivalent.

このようにして得られた前駆体高分子化合物(I)の末端に、さらに、一価の疎水性芳香族ハロゲン基を導入することによって第一の芳香族高分子化合物を得る。一価の疎水性芳香族ハロゲン基を導入する方法としては、前駆体高分子化合物(I)に一価の疎水性芳香族ハロゲン基を有する化合物、例えば、ジフルオロジフェニルスルホンを加える方法が挙げられる。ジフルオロジフェニルスルホンは、前駆体高分子化合物(I)を合成する際に加えられた過剰分の前駆体モノマー(θ)の量に対して約2当量のジフルオロジフェニルスルホンを加えることが適当である。   A monovalent hydrophobic aromatic halogen group is further introduced into the terminal of the precursor polymer compound (I) thus obtained to obtain a first aromatic polymer compound. Examples of the method for introducing a monovalent hydrophobic aromatic halogen group include a method of adding a compound having a monovalent hydrophobic aromatic halogen group to the precursor polymer compound (I), for example, difluorodiphenyl sulfone. As for difluorodiphenyl sulfone, it is appropriate to add about 2 equivalents of difluorodiphenyl sulfone with respect to the amount of excess precursor monomer (θ) added in the synthesis of precursor polymer compound (I).

本発明の第一の芳香族高分子化合物の合成は、触媒存在下、溶媒中で行うことが適当である。
触媒としては、炭酸カリウム、炭酸カルシウム、炭酸セシウム等のアルカリ触媒やフッ化セシウム等の金属ハロゲン化物が使用できる。触媒量は、反応させる前駆体モノマーの全モル数に対して、1〜10倍、好ましくは、1〜5倍、より好ましくは、1〜2倍のモル数であることが適当である。
The synthesis of the first aromatic polymer compound of the present invention is suitably performed in a solvent in the presence of a catalyst.
As the catalyst, alkali catalysts such as potassium carbonate, calcium carbonate and cesium carbonate and metal halides such as cesium fluoride can be used. The amount of the catalyst is suitably 1 to 10 times, preferably 1 to 5 times, more preferably 1 to 2 times the number of moles of the precursor monomer to be reacted.

溶媒としては、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチル−2−ピロリドン、ヘキサメチルホスホンアミド、γ−ブチロラクトン等の非プロトン極性溶媒から適切なものを選ぶことができるがこれらに限定されるものではない。これらの溶媒は、可能な範囲で複数を混合して使用してもよい。
溶媒量は、反応させる前駆体モノマーおよび触媒の総質量に対して1〜100倍、好ましくは、1〜70倍、より好ましくは、10〜250倍の質量の範囲で用いることができる。
反応温度は、例えば0℃〜350℃であり、好ましくは40℃〜260℃である。反応時間は、例えば2時間〜500時間、好ましくは、10時間〜250時間で行うことができる。
As the solvent, an appropriate one can be selected from aprotic polar solvents such as N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, N-methyl-2-pyrrolidone, hexamethylphosphonamide, and γ-butyrolactone. However, it is not limited to these. A plurality of these solvents may be used as a mixture within a possible range.
The amount of solvent can be used in the range of 1 to 100 times, preferably 1 to 70 times, and more preferably 10 to 250 times the total mass of the precursor monomer and catalyst to be reacted.
The reaction temperature is, for example, 0 ° C to 350 ° C, preferably 40 ° C to 260 ° C. The reaction time can be, for example, 2 hours to 500 hours, preferably 10 hours to 250 hours.

本発明の一価の疎水性芳香族ハロゲン基のより具体的な導入方法としては、例えば、末端にフェノール性水酸基を有する第一の芳香族高分子化合物の前駆体を調製し、その前駆体末端に対して2当量のジフルオロジフェニルスルホンを反応させることによって得ることができる。
一価の疎水性芳香族ハロゲン基の導入量に特に制限は無いが、第一の芳香族高分子化合物に対して0.5%以上30%以下であることが好ましく、1%以上25%以下であることがより好ましく、2%以上20%以下であることがさらに好ましい。0.5%以上であれば、ブロック共重合反応が不十分になることもなく、30%以下であれば、第一の芳香族高分子化合物の分子鎖長が不足することも無い。
As a more specific introduction method of the monovalent hydrophobic aromatic halogen group of the present invention, for example, a precursor of a first aromatic polymer compound having a phenolic hydroxyl group at the terminal is prepared, and the precursor terminal is prepared. Can be obtained by reacting 2 equivalents of difluorodiphenylsulfone.
The amount of the monovalent hydrophobic aromatic halogen group introduced is not particularly limited, but is preferably 0.5% to 30%, preferably 1% to 25% with respect to the first aromatic polymer compound. It is more preferable that it is 2% or more and 20% or less. If it is 0.5% or more, the block copolymerization reaction will not be insufficient, and if it is 30% or less, the molecular chain length of the first aromatic polymer compound will not be insufficient.

(2-2) 第二の芳香族高分子化合物の調製
本発明の第二の芳香族高分子化合物の調製方法(工程(b))について説明する。
本発明の(b)の第二の芳香族高分子化合物は、前記第一の芳香族高分子化合物の調製で説明した(1)及び(2)の方法と同様にして調製することができる。ここでは、(2)の方法を例にとって説明する。
まず、第一の芳香族高分子化合物を調製するための前駆体高分子化合物(II)を合成する。前駆体高分子化合物(II)は、本発明における芳香環(γ)及び/又は複素環(δ)を含む1種以上の前駆体モノマー(ρ) と、上記他の二価の基を含む前駆体モノマー(σ)とを共重合することにより好適に合成される。前駆体モノマー(ρ)は、その末端に前駆体モノマー(σ)の末端基と反応し得る反応性官能基を2個以上有する。前駆体モノマー(σ)は、その末端に前駆体モノマー(ρ)及び第一の芳香族高分子化合物末端の一価の疎水性芳香族ハロゲン基と反応し得る反応性官能基を2個以上有する。ここで前駆体モノマー(σ)は、後の第一の芳香族高分子化合物末端の一価の疎水性芳香族ハロゲン基との反応に用いる反応部位を残すために、前駆体モノマー(ρ)に対して過剰に加えられる。ここで共重合体を製造する方法には特に制限はなく、それぞれの前駆体モノマーの組合せに応じた適切な公知の方法を用いることができる。
さらに、前記前駆体モノマー(ρ)と、この前駆体モノマー(ρ)と反応可能な2個以上の官能基を有する前駆体モノマー(σ)とを縮合反応して共重合体とすることによっても合成することができる。
ここで、前駆体モノマー(ρ)としては、例えば芳香環(γ)及び又は複素環(δ)を含むジハロンゲン化化合物が挙げられる。前駆体モノマー(ρ)の末端に存在する2個以上の反応性官能基としては、例えば、ハロゲン基が好ましい。ハロゲンとしては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等が挙げられる。この反応性官能基は、互いに同一であっても異なっていてもよい。
(2-2) Preparation of Second Aromatic Polymer Compound A method for preparing the second aromatic polymer compound of the present invention (step (b)) will be described.
The second aromatic polymer compound (b) of the present invention can be prepared in the same manner as the methods (1) and (2) described in the preparation of the first aromatic polymer compound. Here, the method (2) will be described as an example.
First, a precursor polymer compound (II) for preparing the first aromatic polymer compound is synthesized. The precursor polymer compound (II) is a precursor containing one or more precursor monomers (ρ) containing an aromatic ring (γ) and / or a heterocyclic ring (δ) in the present invention and the other divalent group. It is preferably synthesized by copolymerizing with the monomer (σ). The precursor monomer (ρ) has two or more reactive functional groups capable of reacting with the terminal group of the precursor monomer (σ) at its terminal. The precursor monomer (σ) has at least two reactive functional groups capable of reacting with the monovalent hydrophobic aromatic halogen group at the terminal of the precursor monomer (ρ) and the first aromatic polymer compound. . Here, the precursor monomer (σ) is added to the precursor monomer (ρ) in order to leave a reactive site used for the reaction with the monovalent hydrophobic aromatic halogen group at the end of the first aromatic polymer compound later. Too much is added. Here, the method for producing the copolymer is not particularly limited, and a known method suitable for each combination of precursor monomers can be used.
Further, the precursor monomer (ρ) and a precursor monomer (σ) having two or more functional groups capable of reacting with the precursor monomer (ρ) may be subjected to a condensation reaction to form a copolymer. Can be synthesized.
Here, examples of the precursor monomer (ρ) include a dihalonated compound containing an aromatic ring (γ) and / or a heterocyclic ring (δ). As the two or more reactive functional groups present at the terminal of the precursor monomer (ρ), for example, a halogen group is preferable. Examples of the halogen include fluorine, chlorine, bromine and iodine. The reactive functional groups may be the same or different from each other.

上記前駆体モノマー(σ)としては、例えば、上記他の二価の基を含むジフェニル化合物、トリフェニル化合物、テトラフェニル化合物、ジチオフェノール化合物、トリチオフェノール化合物、テトラチオフェノール化合物、ジアミノ化合物、トリアミノ化合物、テトラアミノ化合物、ジ−置換アミノ化合物、トリ−置換アミノ化合物、テトラ−置換アミノ化合物等が挙げられる。前駆体モノマー(σ)は、1種類又は2種類以上を組み合わせて使用してもよい。前駆体モノマー(σ)の反応性官能基としては、フェニル基、チオフェニル基、アミノ基等が挙げられる。この反応性官能基は、互いに同一であっても異なっていてもよい。   Examples of the precursor monomer (σ) include diphenyl compounds, triphenyl compounds, tetraphenyl compounds, dithiophenol compounds, trithiophenol compounds, tetrathiophenol compounds, diamino compounds, and triaminos containing other divalent groups. Examples thereof include compounds, tetraamino compounds, di-substituted amino compounds, tri-substituted amino compounds, tetra-substituted amino compounds and the like. The precursor monomer (σ) may be used alone or in combination of two or more. Examples of the reactive functional group of the precursor monomer (σ) include a phenyl group, a thiophenyl group, and an amino group. The reactive functional groups may be the same or different from each other.

前駆体モノマー(ρ)は、前駆体モノマー(σ)に対して過剰量(モル当量) となるように、好ましくは、1.01〜1.30当量、より好ましくは1.01〜1.25当量、さらに好ましくは、1.01〜1.20当量の量で加えることが好ましい。   The precursor monomer (ρ) is preferably 1.01 to 1.30 equivalent, more preferably 1.01 to 1.25 so as to be in an excess amount (molar equivalent) with respect to the precursor monomer (σ). It is preferable to add in an amount of equivalent, more preferably 1.01-1.20 equivalent.

本発明の第二の芳香族高分子化合物の合成は、触媒存在下、溶媒中で行うことが適当である。
触媒としては、炭酸カリウム、炭酸カルシウム、炭酸セシウム等のアルカリ触媒やフッ化セシウム等の金属ハロゲン化物が使用できる。触媒量は、反応させる前駆体モノマーの全モル数に対して、1〜10倍、好ましくは、1〜5倍、より好ましくは、1〜2倍のモル数であることが適当である。
溶媒としては、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチル−2−ピロリドン、ヘキサメチルホスホンアミド、γ−ブチロラクトン等の非プロトン極性溶媒から適切なものを選ぶことができるがこれらに限定されるものではない。これらの溶媒は、可能な範囲で複数を混合して使用してもよい。
溶媒量は、反応させる前駆体モノマーおよび触媒の総質量に対して1〜100倍、好ましくは、1〜70倍、より好ましくは、1〜50倍の質量の範囲で用いることができる。
反応温度は、例えば0℃〜350℃であり、好ましくは40℃〜260℃である。
反応時間は、例えば2時間〜500時間、好ましくは、10時間〜250時間で行うことができる。
The synthesis of the second aromatic polymer compound of the present invention is suitably performed in a solvent in the presence of a catalyst.
As the catalyst, alkali catalysts such as potassium carbonate, calcium carbonate and cesium carbonate and metal halides such as cesium fluoride can be used. The amount of the catalyst is suitably 1 to 10 times, preferably 1 to 5 times, more preferably 1 to 2 times the number of moles of the precursor monomer to be reacted.
As the solvent, an appropriate one can be selected from aprotic polar solvents such as N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, N-methyl-2-pyrrolidone, hexamethylphosphonamide, and γ-butyrolactone. However, it is not limited to these. A plurality of these solvents may be used as a mixture within a possible range.
The amount of solvent can be used in the range of 1 to 100 times, preferably 1 to 70 times, and more preferably 1 to 50 times the total mass of the precursor monomer and catalyst to be reacted.
The reaction temperature is, for example, 0 ° C to 350 ° C, preferably 40 ° C to 260 ° C.
The reaction time can be, for example, 2 hours to 500 hours, preferably 10 hours to 250 hours.

末端反応性基の導入量に特に制限は無いが、第二の芳香族高分子化合物に対して0.5%以上30%以下であることが好ましく、1%以上25%以下であることがより好ましく、2%以上20%以下であることがさらに好ましい。0.5%以上であれば、ブロック共重合反応が不十分になることもなく、30%以下であれば、第二の芳香族高分子化合物の分子鎖長が不足することも無い。   The amount of terminal reactive groups introduced is not particularly limited, but is preferably 0.5% or more and 30% or less, more preferably 1% or more and 25% or less with respect to the second aromatic polymer compound. Preferably, it is 2% or more and 20% or less. If it is 0.5% or more, the block copolymerization reaction will not be insufficient, and if it is 30% or less, the molecular chain length of the second aromatic polymer compound will not be insufficient.

(2-3)ブロック共重合体の調製
本発明のブロック共重合体の合成手法は、上記の方法により調製した第一の芳香族高分子化合物(親水セグメント)と第二の芳香族高分子化合物(疎水セグメント)とを混合・結合してブロック共重合体を調製することにより行われる(工程(c))。
本発明のブロック共重合体に用いられる第一の芳香族高分子化合物と第二の芳香族高分子化合物との混合方法としては、各化合物の合成で得られた各化合物を含む反応溶液をそのまま混合する方法や、各化合物の合成後、精製して取り出した第一の芳香族高分子化合物及び第二の芳香族高分子化合物を混合し、溶媒を加えて再度溶媒に溶解させる方法等がある。各化合物を含む反応溶液をそのまま混合する方法が、反応操作の容易さの観点から好適に用いられる。
ブロック共重合体の合成に用いる溶媒としては、第一の芳香族高分子化合物及び第二の芳香族高分子化合物が溶解するものであれば特に制限は無いが、第一の芳香族高分子化合物及び第二の芳香族高分子化合物の合成で用いられる溶媒が好適に用いられる。この時、溶液濃度や溶解性を調整するために合成に用いた溶媒、或いはその他の溶媒を追加しても良い。具体的な溶媒としては、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチル−2−ピロリドン、ヘキサメチルホスホンアミド、γ−ブチロラクトン等の非プロトン極性溶媒から適切なものを選ぶことができるがこれらに限定されるものではない。これらの溶媒は、可能な範囲で複数を混合して使用してもよい。
(2-3) Preparation of block copolymer The synthesis method of the block copolymer of the present invention is the first aromatic polymer compound (hydrophilic segment) and the second aromatic polymer compound prepared by the above method. (Block (hydrophobic segment) is mixed and bonded to prepare a block copolymer (step (c)).
As a method for mixing the first aromatic polymer compound and the second aromatic polymer compound used in the block copolymer of the present invention, the reaction solution containing each compound obtained by synthesis of each compound is used as it is. There is a method of mixing, a method of mixing the first aromatic polymer compound and the second aromatic polymer compound, which are purified and taken out after synthesis of each compound, adding a solvent, and dissolving in the solvent again. . The method of mixing the reaction solution containing each compound as it is is preferably used from the viewpoint of ease of reaction operation.
The solvent used for the synthesis of the block copolymer is not particularly limited as long as it dissolves the first aromatic polymer compound and the second aromatic polymer compound, but the first aromatic polymer compound is not limited. And a solvent used in the synthesis of the second aromatic polymer compound is preferably used. At this time, a solvent used for synthesis or other solvent may be added to adjust the solution concentration and solubility. Specific solvents include those suitable from aprotic polar solvents such as N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, dimethylsulfoxide, N-methyl-2-pyrrolidone, hexamethylphosphonamide, and γ-butyrolactone. You can choose, but is not limited to these. A plurality of these solvents may be used as a mixture within a possible range.

溶媒量は、反応させるモノマーおよび触媒の総質量に対して1〜100倍、好ましくは、1〜70倍、より好ましくは、1〜50倍の範囲で用いることができる。
ブロック共重合体の反応温度としては、100℃以上220℃以下が好ましく、120℃以上200℃以下がより好ましく、140℃以上180℃以下がさらに好ましい、100℃以上であればブロック共重合反応が不十分になることも無く、220℃以下であれば、ランダム化が過度に進行することも無い。
ブロック共重合体の反応時間は、0.1時間以上12時間以下が好ましく、0.2時間以上8時間以下が好ましく、0.5時間以上4時間以下がさらに好ましい、0.1時間以上であればブロック共重合反応が不十分になることも無く、12時間以下であればランダム化が過度に進行することも無い。
The amount of the solvent can be used in the range of 1 to 100 times, preferably 1 to 70 times, more preferably 1 to 50 times the total mass of the monomer to be reacted and the catalyst.
The reaction temperature of the block copolymer is preferably 100 ° C. or higher and 220 ° C. or lower, more preferably 120 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, further preferably 140 ° C. or higher and 180 ° C. or lower. If it is 220 ° C. or less, randomization does not proceed excessively.
The reaction time of the block copolymer is preferably 0.1 hours or more and 12 hours or less, preferably 0.2 hours or more and 8 hours or less, more preferably 0.5 hours or more and 4 hours or less, and more preferably 0.1 hours or more. For example, the block copolymerization reaction does not become insufficient, and if it is 12 hours or less, randomization does not proceed excessively.

(2-4)ブロック共重合体の精製方法
本発明のブロック共重合体を反応溶液から精製する方法は、従来から公知のポリマー精製方法を好適に使用可能であるが、例えば、得られたブロック共重合体が固体状の場合には濾過後に溶剤で洗浄して乾燥することにより、オイル状の場合には分液することにより、反応溶液に溶解している場合には有機溶媒を蒸発除去すること、再沈殿すること等により、精製することができる。
あるいは、本発明のブロック共重合体は、該ブロック共重合体が含まれる反応溶液に水を加え、必要に応じてアルカリ成分を加えて撹拌し、溶剤相と水相に分離した後に、水相を取り出して酸析や塩析等の方法により水相から沈殿物を得、沈殿物を濾過し、その後濾別した沈殿物を溶剤で洗浄して乾燥させることにより精製することができる。
得られたブロック共重合体は、第一の芳香族高分子化合物に由来する親水性セグメントと第二の芳香族高分子化合物に由来する疎水性セグメントを含む。これら親水性セグメント対疎水性セグメントのモル比は、例えば、100:20〜100:500であり、100:50〜100:400が好ましく、100:70〜100:300がより好ましい。
(2-4) Purification method of block copolymer As a method of purifying the block copolymer of the present invention from the reaction solution, a conventionally known polymer purification method can be preferably used. If the copolymer is solid, it is washed with a solvent after filtration and dried. If it is oily, it is separated, and if it is dissolved in the reaction solution, the organic solvent is removed by evaporation. It can be purified by reprecipitation.
Alternatively, the block copolymer of the present invention is prepared by adding water to the reaction solution containing the block copolymer, adding an alkali component as necessary, stirring, and separating into a solvent phase and an aqueous phase. The precipitate is obtained from the aqueous phase by a method such as acid precipitation or salting out, and the precipitate is filtered, and then the filtered precipitate is washed with a solvent and dried.
The obtained block copolymer includes a hydrophilic segment derived from the first aromatic polymer compound and a hydrophobic segment derived from the second aromatic polymer compound. The molar ratio of these hydrophilic segment to hydrophobic segment is, for example, 100: 20 to 100: 500, preferably 100: 50 to 100: 400, and more preferably 100: 70 to 100: 300.

(3)高分子電解質組成物
本発明の高分子電解質組成物は、上記ブロック共重合体と、任意のその他の樹脂成分を含む。
(3-1)その他の樹脂成分
本発明のブロック共重合体は、ブロック共重合体の特性を著しく低下しない範囲で、構造の異なる他の種類の樹脂成分を含有していてもよい。
この樹脂成分の種類としては、具体的には、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ABS樹脂およびAS樹脂等の汎用樹脂、ポリアセテート(POM)、ポリカーボネート(PC)、ポリアミド(PA:ナイロン)、ポリエチレンテレフタレート(PET)およびポリブチレンテレフタレート(PBT)等のエンジニアリングプラスチック、ならびにポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリケトン(PK)、ポリイミド(PI)、ポリシクロヘキサンジメタノールテレフタレート(PCT)、ポリアリレート(PAR)及び各種液晶ポリマー(LCP)等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ノボラック樹脂等の熱硬化性樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また、このような他の種類の樹脂成分を含有する場合、本発明のブロック共重合体が、本発明の高分子電解質組成物全体の50質量%以上100質量%未満含まれていることが好ましい。より好ましくは70質量%以上100質量%未満である。本発明のブロック共重合体の含有量が本発明の高分子電解質組成物全体の50質量%以上であれば、ブロック共重合体を含む高分子電解質組成物のブロック共重合体中のプロトン酸基濃度が低くなることもなく、良好なプロトン導電性が得られるので好ましく、また、本発明の高分子電解質組成物に含まれるブロック共重合体が非連続相となって伝導するプロトンの移動度が低下するようなこともないので好ましい。
(3) Polymer electrolyte composition The polymer electrolyte composition of this invention contains the said block copolymer and arbitrary other resin components.
(3-1) Other resin components The block copolymer of the present invention may contain other types of resin components having different structures as long as the properties of the block copolymer are not significantly deteriorated.
Specific examples of the resin component include polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS), polymethyl methacrylate (PMMA), ABS resin, AS resin, and other general-purpose resins, polyacetate (POM). , Polycarbonate (PC), polyamide (PA: nylon), engineering plastics such as polyethylene terephthalate (PET) and polybutylene terephthalate (PBT), and polyphenylene sulfide (PPS), polyethersulfone (PES), polyketone (PK), polyimide (PI), thermoplastic resins such as polycyclohexanedimethanol terephthalate (PCT), polyarylate (PAR), and various liquid crystal polymers (LCP), epoxy resins, phenol resins, novolac resins And the like of the thermosetting resin, but is not limited thereto.
Further, when such other types of resin components are contained, the block copolymer of the present invention is preferably contained in an amount of 50% by mass or more and less than 100% by mass of the entire polymer electrolyte composition of the present invention. . More preferably, it is 70 mass% or more and less than 100 mass%. When the content of the block copolymer of the present invention is 50% by mass or more of the entire polymer electrolyte composition of the present invention, proton acid groups in the block copolymer of the polymer electrolyte composition containing the block copolymer It is preferable because good proton conductivity can be obtained without lowering the concentration, and the mobility of protons conducted by the block copolymer contained in the polymer electrolyte composition of the present invention as a discontinuous phase is high. It is preferable because it does not decrease.

なお、本発明の高分子電解質組成物は、必要に応じて、例えば、酸化防止剤、熱安定剤、滑剤、粘着付与剤、可塑剤、架橋剤、粘度調整剤、静電気防止剤、抗菌剤、消泡剤、分散剤、重合禁止剤、等の各種添加剤を含んでいてもよい。
本発明の高分子電解質組成物は、上記ブロック共重合体及び上記任意のその他の樹脂成分及び各種添加剤を混合することによって調製することができる。この時、ブロック共重合体は、1種類或いは2種類以上組み合わせて用いることができる。
In addition, the polymer electrolyte composition of the present invention includes, for example, an antioxidant, a heat stabilizer, a lubricant, a tackifier, a plasticizer, a crosslinking agent, a viscosity modifier, an antistatic agent, an antibacterial agent, Various additives such as an antifoaming agent, a dispersing agent, and a polymerization inhibitor may be included.
The polymer electrolyte composition of the present invention can be prepared by mixing the block copolymer and any other resin component and various additives. At this time, the block copolymer can be used alone or in combination of two or more.

本発明のブロック共重合体を含む高分子電解質組成物は、押し出し、紡糸、圧延またはキャスト等任意の方法で繊維やフィルム等の成形体とすることができるが、中でも適当な溶媒に溶解した溶液から成形することが好ましい。
この溶媒としては、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン、ヘキサメチルホスホンアミド等の非プロトン極性溶媒や、メタノール、エタノール等のアルコール類から適切なものを選ぶことができるがこれらに限定されるものではない。これらの溶媒は、可能な範囲で複数を混合して使用してもよい。
溶媒溶液中に含まれる本発明のブロック共重合体、その他の樹脂成分及び各種添加剤の合計濃度は0.1質量%〜50質量%の範囲であることが好ましい。当該濃度が0.1質量%以上であれば、成形性が悪化することもなく、50質量%以下であれば加工性が悪化することもないので好ましい。
The polymer electrolyte composition containing the block copolymer of the present invention can be formed into a molded body such as a fiber or a film by any method such as extrusion, spinning, rolling, or casting. Among them, a solution dissolved in an appropriate solvent It is preferable to form from.
Suitable solvents include aprotic polar solvents such as N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, N-methylpyrrolidone and hexamethylphosphonamide, and alcohols such as methanol and ethanol. You can choose, but is not limited to these. A plurality of these solvents may be used as a mixture within a possible range.
The total concentration of the block copolymer of the present invention, other resin components and various additives contained in the solvent solution is preferably in the range of 0.1% by mass to 50% by mass. If the said density | concentration is 0.1 mass% or more, a moldability will not deteriorate, and if it is 50 mass% or less, since workability will not deteriorate, it is preferable.

溶媒溶液から溶媒を除去して成形体を得る方法は、従来から公知の方法を用いて行なうことができる。溶媒の除去方法としては、例えば、加熱する方法、減圧乾燥する方法、溶媒溶液に使用した溶媒と混和するが、高分子電解質組成物には溶解しない溶媒に浸漬する方法等が挙げられる。溶媒溶液で使用する溶媒が有機溶媒の場合は、加熱又は減圧乾燥で溶媒を留去させることが好ましい。この際、必要に応じて他の化合物と複合された形で繊維状、フィルム状、ペレット状、プレート状、ロッド状、パイプ状、ボール状、ブロック状等の様々な形状に成形することもできる。他の化合物としては、溶媒溶解性挙動が本発明の高分子電解質組成物の溶媒溶解性挙動と類似する化合物を使用することが、良好な成形をすることができる点で好ましい。   A method for obtaining a molded product by removing the solvent from the solvent solution can be performed using a conventionally known method. Examples of the method for removing the solvent include a method of heating, a method of drying under reduced pressure, and a method of immersing in a solvent that is miscible with the solvent used in the solvent solution but not dissolved in the polymer electrolyte composition. When the solvent used in the solvent solution is an organic solvent, the solvent is preferably distilled off by heating or drying under reduced pressure. At this time, it can be formed into various shapes such as a fiber shape, a film shape, a pellet shape, a plate shape, a rod shape, a pipe shape, a ball shape, and a block shape in a form combined with other compounds as necessary. . As other compounds, it is preferable to use a compound having a solvent solubility behavior similar to the solvent solubility behavior of the polymer electrolyte composition of the present invention in that good molding can be performed.

また、本発明の高分子電解質組成物から高分子電解質膜を作製することもできる。高分子電解質膜を成形する手法として最も好ましいのは、高分子電解質組成物を含む溶液からのキャストであり、キャストした溶液から上記のように溶媒を除去して高分子電解質膜を得ることができる。
溶媒の除去は、乾燥によることが高分子電解質膜の均一性からは好ましい。具体的には、常圧下、25〜300℃、好ましくは、30〜250℃で乾燥を行うことが好ましい。また、高分子電解質組成物や添加した溶媒の分解及び変質をさけるため、減圧下でできるだけ低い温度で乾燥することもできる。また、溶媒溶液の粘度が高い場合には、基板や溶液を加熱して高温でキャストすると溶液の粘度が低下して容易にキャストすることができる。
キャストする際の溶液の厚みは特に制限されないが、0.1μm以上1000μm以下であることが好ましく、より好ましくは50μm以上750μm以下である。
溶液の厚みが0.1μm以上であれば、高分子電解質膜としての形態を十分に保つことができ、750μm以下であれば、均一な高分子電解質膜を成膜できるので好ましい。
上記溶液の厚みを制御する方法としては、従来から公知の方法を用いることができる。例えば、アプリケータ、ドクターブレード等を用いて一定の厚みに制御することができ、或いは、ガラスシャーレ等を用いてキャスト面積を一定にして溶液の量や濃度で厚みを制御することができる。キャストした溶液は、溶媒の除去速度を調整することでより均一な高分子電解質膜を得ることができる。例えば、加熱する場合には最初の段階では低温にして蒸発速度を下げたりすることができる。また、水等に浸漬する場合には、溶液を空気中や不活性ガス中に適当な時間放置しておく等して化合物の凝固速度を調整することができる。
本発明の高分子電解質膜は目的に応じて任意の膜厚にすることができるが、プロトン伝導率の面からはできるだけ薄いことが好ましい。具体的には5〜200μm以下であることが好ましく、5〜75μm以下であることがさらに好ましく、5〜50μm以下であることが最も好ましい。
高分子電解質膜の厚みが5μm以上であれば、高分子電解質膜の取り扱いが困難になることもなく、また、燃料電池を作製した場合に短絡等が起こることもないので好ましい。高分子電解質膜の厚みが200μm以下であれば、高分子電解質膜の電気抵抗値が高くなりすぎて燃料電池の発電性能が低下することもないので好ましい。
また、高分子電解質膜のプロトン伝導率は0.009S/cm以上、好ましくは、0.03〜1.0S/cm、より好ましくは、0.05〜1.0S/cmであることが適当である。プロトン伝導率が0.01S/cm以上である場合には、その高分子電解質膜を用いた燃料電池において良好な出力が得られる傾向にある。
A polymer electrolyte membrane can also be produced from the polymer electrolyte composition of the present invention. The most preferable method for forming the polymer electrolyte membrane is a cast from a solution containing the polymer electrolyte composition, and the polymer electrolyte membrane can be obtained by removing the solvent from the cast solution as described above. .
The removal of the solvent is preferably by drying in view of the uniformity of the polymer electrolyte membrane. Specifically, it is preferable to perform drying at 25 to 300 ° C, preferably 30 to 250 ° C under normal pressure. Moreover, in order to avoid decomposition and alteration of the polymer electrolyte composition and the added solvent, it can be dried at the lowest possible temperature under reduced pressure. Further, when the viscosity of the solvent solution is high, when the substrate or the solution is heated and cast at a high temperature, the viscosity of the solution is lowered and the casting can be easily performed.
The thickness of the solution at the time of casting is not particularly limited, but is preferably 0.1 μm or more and 1000 μm or less, and more preferably 50 μm or more and 750 μm or less.
If the thickness of the solution is 0.1 μm or more, the form as a polymer electrolyte membrane can be sufficiently maintained, and if it is 750 μm or less, a uniform polymer electrolyte membrane can be formed.
A conventionally known method can be used as a method for controlling the thickness of the solution. For example, the thickness can be controlled to a constant thickness using an applicator, a doctor blade, or the like, or the thickness can be controlled by the amount and concentration of the solution with a cast area constant using a glass petri dish or the like. The cast solution can obtain a more uniform polymer electrolyte membrane by adjusting the solvent removal rate. For example, in the case of heating, the evaporation rate can be reduced by lowering the temperature in the first stage. When immersed in water or the like, the coagulation rate of the compound can be adjusted by leaving the solution in air or an inert gas for an appropriate time.
The polymer electrolyte membrane of the present invention can have any film thickness depending on the purpose, but is preferably as thin as possible from the viewpoint of proton conductivity. Specifically, it is preferably 5 to 200 μm or less, more preferably 5 to 75 μm or less, and most preferably 5 to 50 μm or less.
If the thickness of the polymer electrolyte membrane is 5 μm or more, it is preferable because handling of the polymer electrolyte membrane does not become difficult, and a short circuit or the like does not occur when a fuel cell is produced. If the thickness of the polymer electrolyte membrane is 200 μm or less, it is preferable because the electric resistance value of the polymer electrolyte membrane becomes too high and the power generation performance of the fuel cell does not deteriorate.
The proton conductivity of the polymer electrolyte membrane is 0.009 S / cm or more, preferably 0.03 to 1.0 S / cm, and more preferably 0.05 to 1.0 S / cm. is there. When the proton conductivity is 0.01 S / cm or more, a good output tends to be obtained in a fuel cell using the polymer electrolyte membrane.

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。本実施例で得られた高分子電解質膜の評価方法を以下に示す。
<測定方法および評価方法>
(1)膨潤率の評価
膨潤率は、3cm×3cmに切り出した表2に記載された厚さの高分子電解質膜を、80℃の水に1時間浸漬させて、その前後の面積変化を下記式から求めた。浸漬後の面積は、電解質膜表面を濾紙(5A)にて軽く拭き取り、縦と横の辺の長さを測定し、その積より求めた。
式:{[浸漬後の膜の長辺(cm)]×[浸漬後の膜の短辺(cm)]×100}/9
(2)メタノール透過性の評価
メタノール透過量を評価するため、図1に示す自作の評価用セルを用いた。本発明の高分子電解質膜をAセル及びBセルの間に設置した。高分子電解質膜の変形を防止するためにセル開口部の膜両面にスチールフィルタ(メッシュ1000)を配した。またセル内部の溶液は、マグネティックスターラーで撹拌し、電解質近傍とサンプル取り出し口近傍の濃度分布を極力抑えるようにした。
Aセルに精製水を180g、Bセルに精製水200gを加え評価用セルを恒温槽(60℃)に設置して30分間放置した。Aセルにメタノールを20g加え、400rpmで撹拌した。30分毎にBセルのメタノール濃度をガスクロマトグラフィーにより定量し、時間に対するメタノール透過量をプロットした。このプロットの傾き(メタノール透過流束)からメタノール透過性を評価した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these. The evaluation method of the polymer electrolyte membrane obtained in this example is shown below.
<Measurement method and evaluation method>
(1) Evaluation of swelling rate The swelling rate was determined by immersing a polymer electrolyte membrane having a thickness described in Table 2 cut into 3 cm × 3 cm in water at 80 ° C. for 1 hour, Obtained from the formula. The area after immersion was obtained by wiping the surface of the electrolyte membrane lightly with filter paper (5A), measuring the lengths of the vertical and horizontal sides, and calculating the product.
Formula: {[long side of the film after immersion (cm)] × [short side of the film after immersion (cm)] × 100} / 9
(2) Evaluation of methanol permeability In order to evaluate the amount of methanol permeation, a self-made evaluation cell shown in FIG. 1 was used. The polymer electrolyte membrane of the present invention was placed between the A cell and the B cell. In order to prevent deformation of the polymer electrolyte membrane, steel filters (mesh 1000) were disposed on both sides of the membrane at the cell opening. The solution inside the cell was stirred with a magnetic stirrer to suppress the concentration distribution in the vicinity of the electrolyte and in the vicinity of the sample outlet as much as possible.
180 g of purified water was added to the A cell, and 200 g of purified water was added to the B cell, and the evaluation cell was placed in a thermostatic bath (60 ° C.) and left for 30 minutes. 20 g of methanol was added to the A cell and stirred at 400 rpm. The methanol concentration in the B cell was quantified by gas chromatography every 30 minutes, and the methanol permeation amount against time was plotted. Methanol permeability was evaluated from the slope of this plot (methanol permeation flux).

(3)プロトン伝導率の測定
プロトン伝導率の測定用に図2に示す評価セルを作製した。電極には白金電極を用い、電極間隔は1cmとした。恒温恒湿槽内に入れ、85℃で相対湿度を30%〜85%の間で変化させ、交流インピーダンス法により、電解質膜の抵抗を測定した。評価法は、セルをSolartron社製、1260FREQUENCY RESPONSE ANALYSERに四端子により接続し、交流周波数を1.0Hzから0.1Hzへと任意に変化させたとき検出される総インピーダンスの実数部分と虚数部分を、複素面にプロットしたCole-Coleプロットの直線部分数点についてカーブフィッティングを行い、その切片の値から電解質膜の抵抗を得た。
これを式1に代入してプロトン伝導率を算出した。
σ=L/(R×S) (式1)
σ:プロトン伝導率(S/cm)、L:電極間距離(cm)、R:抵抗(Ω)、
S:膜断面積(cm2
(3) Measurement of proton conductivity An evaluation cell shown in FIG. 2 was prepared for measurement of proton conductivity. A platinum electrode was used as the electrode, and the electrode interval was 1 cm. It was put in a constant temperature and humidity chamber, the relative humidity was changed between 30% and 85% at 85 ° C., and the resistance of the electrolyte membrane was measured by the AC impedance method. The evaluation method is that the cell is connected to Solartron 1260FREQUENCY RESPONSE ANALYSER with four terminals and the real and imaginary parts of the total impedance detected when the AC frequency is arbitrarily changed from 1.0 Hz to 0.1 Hz are complex. Curve fitting was performed for several points in the Cole-Cole plot plotted on the surface, and the resistance of the electrolyte membrane was obtained from the value of the intercept.
This was substituted into Equation 1 to calculate proton conductivity.
σ = L / (R × S) (Formula 1)
σ: proton conductivity (S / cm), L: distance between electrodes (cm), R: resistance (Ω),
S: membrane cross-sectional area (cm 2 )

(4)イオン交換当量質量の測定
本発明の高分子電解質膜を10%硫酸水溶液と反応させて第一の芳香族高分子化合物にスルホン酸基を有するスルホン酸型の高分子電解質膜とした。このスルホン酸型高分子電解質膜を100℃で24時間減圧乾燥後、アルゴン雰囲気のグローブボックス中に移し30分放置してから質量を測定した。これを1.0 mol/lの食塩水中に加え、水酸化カリウムの0.05mol/lエタノール溶液で滴定を行った。pH7になった時点を当量点とし、そのとき加えた水酸化カリウムの量からイオン交換当量質量(EW値)を算出した。
イオン交換当量質量(EW値)の計算式:
イオン交換当量質量(EW値)[meq/g]=0.05[mmol/ml]×水酸化カリウムの滴定量[ml]/ポリマーフィルムの質量[g]
(5)TEM観察
本発明の高分子電解質膜をCsCl水溶液(1モル/l)に室温で1時間浸漬してプロトン酸基を染色し、蒸留水で洗浄した後、ミクロトームで薄片化して観察用サンプルを調製した。これを透過型電子顕微鏡(TEM)で観察し、本発明の高分子電解質膜の相構造を確認した。
(4) Measurement of ion exchange equivalent mass The polymer electrolyte membrane of the present invention was reacted with a 10% aqueous sulfuric acid solution to obtain a sulfonic acid type polymer electrolyte membrane having a sulfonic acid group in the first aromatic polymer compound. The sulfonic acid type polymer electrolyte membrane was dried under reduced pressure at 100 ° C. for 24 hours, then transferred to a glove box in an argon atmosphere and allowed to stand for 30 minutes, and the mass was measured. This was added to 1.0 mol / l saline and titrated with a 0.05 mol / l ethanol solution of potassium hydroxide. The point when the pH reached 7 was taken as the equivalent point, and the ion exchange equivalent mass (EW value) was calculated from the amount of potassium hydroxide added at that time.
Formula for calculating ion exchange equivalent mass (EW value):
Ion exchange equivalent mass (EW value) [meq / g] = 0.05 [mmol / ml] × potassium hydroxide titration [ml] / mass of polymer film [g]
(5) TEM observation The polymer electrolyte membrane of the present invention is immersed in a CsCl aqueous solution (1 mol / l) at room temperature for 1 hour to stain protonic acid groups, washed with distilled water, and then sliced with a microtome for observation. Samples were prepared. This was observed with a transmission electron microscope (TEM), and the phase structure of the polymer electrolyte membrane of the present invention was confirmed.

(実施例1)
<第一の芳香族高分子化合物(親水セグメント)の合成>
ディーンスタークトラップ、コンデンサー、撹拌機および窒素供給管を備えた1000mlの4つ口セパラブルフラスコに、4,4'−ジクロロ−3,3'−ジスルホン酸ナトリウムジフェニルスルホン1水和物(SDCDPS, 分子量509.25, 15.00g, 0.0295モル, 1.00当量)、4,4'−ジヒドロキシビフェニル(Biphenol, 分子量186.21, 6. 58g, 0.0353モル, 1.12当量)、炭酸カリウム(K2CO3, 分子量138.21, 5.62g, 0.0406モル, 1.38当量)、N−メチルピロリドン70ml、トルエン50mlを入れ、160℃で1時間、180℃で1時間加熱攪拌してトルエンを留去したのち、200℃に昇温して24時間加熱した。反応液を室温に冷却後、ジフルオロジフェニルスルホン(DFDPS, 分子量254.25, 3.00g, 0.0118モル, 0.40当量)を加え、180℃で4時間加熱攪拌して、第一の芳香族高分子化合物の反応液を得た。得られた第一の芳香族高分子化合物の分子量は、数平均分子量14400、質量平均分子量23600であった。また、イオン交換当量質量値(EW値)は365であった。得られた第一の芳香族高分子化合物の構造は以下の通りである。

Example 1
<Synthesis of the first aromatic polymer compound (hydrophilic segment)>
A 1000 ml four-necked separable flask equipped with a Dean-Stark trap, condenser, stirrer and nitrogen supply tube was charged with 4,4'-dichloro-3,3'-sodium diphenylsulfone monohydrate (SDCDPS, molecular weight). 509.25, 15.00 g, 0.0295 mol, 1.00 eq), 4,4'-dihydroxybiphenyl (Biphenol, molecular weight 186.21, 6. 58 g, 0.0353 mol, 1.12 equiv), potassium carbonate (K 2 CO 3, molecular weight 138.21, 5.62 g, 0.0406 mol, 1.38 equivalents), 70 ml of N-methylpyrrolidone and 50 ml of toluene were added, heated and stirred at 160 ° C for 1 hour and 180 ° C for 1 hour to distill off the toluene, then heated to 200 ° C and heated for 24 hours did. After cooling the reaction solution to room temperature, difluorodiphenyl sulfone (DFDPS, molecular weight 254.25, 3.00 g, 0.0118 mol, 0.40 equivalent) was added, and the mixture was heated and stirred at 180 ° C. for 4 hours to react with the first aromatic polymer compound reaction solution. Got. The obtained first aromatic polymer compound had a number average molecular weight of 14400 and a weight average molecular weight of 23600. The ion exchange equivalent mass value (EW value) was 365. The structure of the obtained first aromatic polymer compound is as follows.

<第二の芳香族高分子化合物(疎水セグメント)の合成>
ディーンスタークトラップ、コンデンサー、マグネティックスターラーおよび窒素供給管を備えた500mlのナスフラスコに、4,4'−ジクロロジフェニルスルホン(DCDPS, 分子量287.16, 8.46g, 0.0295モル, 1.00当量)、4,4'−ジヒドロキシビフェニル(Biphenol, 分子量186.21, 6.58g, 0.0353モル, 1.20当量)、炭酸カリウム(K2CO3, 分子量138.21,5.62g, 0.0406モル, 1.38当量)、N−メチルピロリドン70ml、トルエン50mlを入れ、160℃で1時間、180℃で1時間加熱攪拌してトルエンを留去したのち、200℃に昇温して12時間加熱攪拌して、第二の芳香族高分子化合物の反応液を得た。得られた第二の芳香族高分子化合物の分子量は、数平均分子量5200、質量平均分子量8600であった。得られた第二の芳香族高分子化合物の構造は以下の通りである。

<Synthesis of second aromatic polymer compound (hydrophobic segment)>
To a 500 ml eggplant flask equipped with a Dean-Stark trap, condenser, magnetic stirrer and nitrogen supply tube, 4,4′-dichlorodiphenylsulfone (DCDPS, molecular weight 287.16, 8.46 g, 0.0295 mol, 1.00 eq), 4,4′- dihydroxybiphenyl (Biphenol, molecular weight 186.21, 6.58 g, 0.0353 mol, 1.20 equiv), potassium carbonate placed (K 2 CO 3, molecular weight 138.21,5.62G, 0.0406 mol, 1.38 eq), N- methylpyrrolidone 70 ml, toluene 50 ml, After heating and stirring at 160 ° C for 1 hour and 180 ° C for 1 hour to distill off toluene, the temperature was raised to 200 ° C and stirred for 12 hours to obtain a reaction liquid of the second aromatic polymer compound. . The obtained second aromatic polymer compound had a number average molecular weight of 5,200 and a weight average molecular weight of 8,600. The structure of the obtained second aromatic polymer compound is as follows.

<ブロック共重合体の合成>
上述のようにして得られた第一の芳香族高分子化合物の反応容器と、上述のようにして得られた第二の芳香族高分子化合物の反応容器とをシリコンチューブで繋ぎ、窒素雰囲気下、室温で第二の芳香族高分子化合物の反応液を全て第一の芳香族高分子化合物の反応容器へ注いだ。この時、無水N−メチルピロリドン150mlで第二の芳香族高分子化合物の反応容器を窒素雰囲気下洗浄し、洗浄液も全て第一の芳香族高分子化合物の反応容器へ注いだ。反応混合液を180℃で12時間加熱攪拌してブロック共重合体を得た。
<Synthesis of block copolymer>
A reaction vessel for the first aromatic polymer compound obtained as described above and a reaction vessel for the second aromatic polymer compound obtained as described above are connected by a silicon tube, and the reaction is performed under a nitrogen atmosphere. All the reaction liquid of the second aromatic polymer compound was poured into the reaction vessel of the first aromatic polymer compound at room temperature. At this time, the reaction vessel of the second aromatic polymer compound was washed with 150 ml of anhydrous N-methylpyrrolidone in a nitrogen atmosphere, and all the cleaning liquid was poured into the reaction vessel of the first aromatic polymer compound. The reaction mixture was heated and stirred at 180 ° C. for 12 hours to obtain a block copolymer.

<ブロック共重合体の精製>
上記のようにして得られたブロック共重合体を含む反応液を室温に冷却後、反応液を2000mlの水中に注ぎ、ブロック共重合体を析出させた。ブロック共重合体を濾過した後、3000mlのビーカーに移し、蒸留水1500mlを加えて、室温から70℃に加熱した。得られた溶液からブロック共重合体を濾別した後、ブロック共重合体を3000mlのビーカーに移し、10%硫酸水溶液1500mlを加えて、室温から70℃に加熱した。得られた溶液からブロック共重合体を濾別した後、ブロック共重合体を精製水で十分に洗浄し、3000mlのビーカーに移し、蒸留水1500mlを加えて、室温から70℃に加熱した。得られた溶液からブロック共重合体を濾別した後、精製水で十分に洗浄し、3000mlのビーカーに移し、蒸留水1500mlと5%炭酸ナトリウム水溶液500mlを加えて、室温から70℃に加熱した。得られた溶液からブロック共重合体を濾過した後、精製水で十分に洗浄し、140℃の熱風乾燥機で6時間乾燥することで目的物であるブロック共重合体を得た。
得られたブロック共重合体の構造式、収量、収率、質量平均分子量、分散度、及びイオン交換当量質量(EW値)は以下に示すとおりである。
構造式:

収量:31.5g, 収率:90%, 数平均分子量42900,質量平均分子量170000, イオン交換当量質量値(EW値)626
<ブロック共重合体膜の作製>
ブロック共重合体の評価を行うために、得られたブロック共重合体からなる高分子電解質膜を作製した。
得られたブロック共重合体15gをN−メチルピロリドン85gに溶解させた後、1000メッシュのフィルターを用いて加圧濾過し、さらに遊星攪拌型の脱泡装置で脱泡した。この溶液をガラス板上にギャップ400μmのバーコーターを用いて流延した後、熱風型乾燥機で60℃15分、80℃15分、100℃15分乾燥させた。乾燥した高分子電解質膜を乾燥機から取り出した後、高分子電解質膜をガラス板から剥離し、ステンレス製の枠に固定して、再び乾燥機の中に投じ、160℃30分、200℃30分乾燥した。室温に冷却後、高分子電解質膜を枠から取り外し、10%硫酸水溶液に12時間室温で含浸した。得られた高分子電解質膜を蒸留水で洗浄した後、高分子電解質膜に付着した水分を濾紙(5A)で拭き取り本発明のブロック共重合体のみからなる高分子電解質膜を作製した。
<Purification of block copolymer>
The reaction solution containing the block copolymer obtained as described above was cooled to room temperature, and then the reaction solution was poured into 2000 ml of water to precipitate the block copolymer. After the block copolymer was filtered, it was transferred to a 3000 ml beaker, 1500 ml of distilled water was added, and the mixture was heated from room temperature to 70 ° C. After the block copolymer was filtered off from the resulting solution, the block copolymer was transferred to a 3000 ml beaker, 1500 ml of a 10% sulfuric acid aqueous solution was added, and the mixture was heated from room temperature to 70 ° C. After the block copolymer was filtered off from the resulting solution, the block copolymer was thoroughly washed with purified water, transferred to a 3000 ml beaker, 1500 ml of distilled water was added, and the mixture was heated from room temperature to 70 ° C. After filtering the block copolymer from the obtained solution, it was washed thoroughly with purified water, transferred to a 3000 ml beaker, 1500 ml of distilled water and 500 ml of 5% aqueous sodium carbonate solution were added, and the mixture was heated from room temperature to 70 ° C. . The block copolymer was filtered from the resulting solution, washed thoroughly with purified water, and dried in a hot air dryer at 140 ° C. for 6 hours to obtain the target block copolymer.
The structural formula, yield, yield, mass average molecular weight, dispersity, and ion exchange equivalent mass (EW value) of the obtained block copolymer are as shown below.
Structural formula:

Yield: 31.5 g, Yield: 90%, Number average molecular weight 42900, Mass average molecular weight 170000, Ion exchange equivalent mass value (EW value) 626
<Preparation of block copolymer film>
In order to evaluate the block copolymer, a polymer electrolyte membrane made of the obtained block copolymer was prepared.
After 15 g of the obtained block copolymer was dissolved in 85 g of N-methylpyrrolidone, it was filtered under pressure using a 1000 mesh filter, and further defoamed with a planetary stirring type deaerator. This solution was cast on a glass plate using a bar coater having a gap of 400 μm, and then dried with a hot air dryer at 60 ° C. for 15 minutes, 80 ° C. for 15 minutes, and 100 ° C. for 15 minutes. After removing the dried polymer electrolyte membrane from the dryer, peel the polymer electrolyte membrane from the glass plate, fix it to a stainless steel frame, and throw it into the dryer again, 160 ° C for 30 minutes, 200 ° C 30 Dried for minutes. After cooling to room temperature, the polymer electrolyte membrane was removed from the frame and impregnated with 10% sulfuric acid aqueous solution for 12 hours at room temperature. After the obtained polymer electrolyte membrane was washed with distilled water, the water adhering to the polymer electrolyte membrane was wiped off with a filter paper (5A) to produce a polymer electrolyte membrane consisting only of the block copolymer of the present invention.

(実施例2)
<第一の芳香族高分子化合物(親水セグメント)の合成>
4,4'−ジクロロ−3,3'−ジスルホン酸ナトリウムジフェニルスルホン1水和物(SDCDPS, 分子量509.25, 15.00g, 0.0393モル, 1.00当量)、4,4'−ジヒドロキシビフェニル(Biphenol, 分子量186.21, 6.03g, 0.0324モル, 1.10当量)、炭酸カリウム(K2CO3, 分子量138.21,5.15g, 0.0373モル, 1.27当量)、N−メチルピロリドン70ml、トルエン50ml、ジフルオロジフェニルスルホン(DFDPS, 分子量254.25,1.50g, 0.0059モル, 0.20当量)を用いた以外は全て実施例1と同様にして行った。得られた第一の芳香族高分子化合物の分子量は、数平均分子量22900、質量平均分子量41200であった。また、イオン交換当量質量値(EW値)は334であった。得られた第一の芳香族高分子化合物の構造は以下の通りである。

(Example 2)
<Synthesis of the first aromatic polymer compound (hydrophilic segment)>
Sodium 4,4′-dichloro-3,3′-disulfonate diphenylsulfone monohydrate (SDCDPS, molecular weight 509.25, 15.00 g, 0.0393 mol, 1.00 equivalent), 4,4′-dihydroxybiphenyl (Biphenol, molecular weight 186.21, 6.03 g, 0.0324 mol, 1.10 eq), potassium carbonate (K 2 CO 3 , molecular weight 138.21, 5.15 g, 0.0373 mol, 1.27 eq), N-methylpyrrolidone 70 ml, toluene 50 ml, difluorodiphenyl sulfone (DFDPS, molecular weight 254.25, 1.50) g, 0.0059 mol, 0.20 equivalent) was used in the same manner as in Example 1. The obtained first aromatic polymer compound had a number average molecular weight of 22900 and a weight average molecular weight of 41200. The ion exchange equivalent mass value (EW value) was 334. The structure of the obtained first aromatic polymer compound is as follows.

<第二の芳香族高分子化合物(疎水セグメント)の合成>
4,4'−ジクロロジフェニルスルホン(DCDPS, 分子量287.16, 8.46g, 0.0295モル, 1.00当量)、4,4'−ジヒドロキシビフェニル(Biphenol, 分子量186.21, 6.03g, 0.0324モル, 1.10当量)、炭酸カリウム(K2CO3, 分子量138.21,5.15g, 0.0373モル, 1.27当量)、N−メチルピロリドン70ml、トルエン50mlを用いた以外は全て実施例1と同様にして行った。得られた第二の芳香族高分子化合物の分子量は、数平均分子量9300、質量平均分子量19000であった。得られた第二の芳香族高分子化合物の構造は以下の通りである。

<Synthesis of second aromatic polymer compound (hydrophobic segment)>
4,4'-dichlorodiphenylsulfone (DCDPS, molecular weight 287.16, 8.46g, 0.0295mol, 1.00eq), 4,4'-dihydroxybiphenyl (Biphenol, molecular weight 186.21, 6.03g, 0.0324mol, 1.10eq), potassium carbonate ( K 2 CO 3, molecular weight 138.21,5.15G, .0373 mol, 1.27 eq), N- methylpyrrolidone 70 ml, were carried out in the same manner as in example 1 except for using toluene 50 ml. The obtained second aromatic polymer compound had a number average molecular weight of 9,300 and a weight average molecular weight of 19,000. The structure of the obtained second aromatic polymer compound is as follows.

<ブロック共重合体の合成、ブロック共重合体の精製、及びブロック共重合体膜の作製>
上述のようにして得られた第一の芳香族高分子化合物及び第二の芳香族高分子化合物から、ブロック共重合体を合成し、得られたブロック共重合体を精製し、精製したブロック共重合体のみからなる高分子電解質膜を得た。高分子電解質膜を得るまでの一連の方法は、全て実施例1と同様にして行った。得られたブロック共重合体の構造式、収量、収率、質量平均分子量、分散度、及びイオン交換当量質量(EW値)は以下に示すとおりである。
構造式:

収量:25.5g, 収率:78%, 数平均分子量27600,質量平均分子量112000, イオン交換当量質量値(EW値)666
<Synthesis of block copolymer, purification of block copolymer, and production of block copolymer film>
A block copolymer was synthesized from the first aromatic polymer compound and the second aromatic polymer compound obtained as described above, the obtained block copolymer was purified, and the purified block copolymer was purified. A polymer electrolyte membrane consisting only of a polymer was obtained. A series of methods up to obtaining the polymer electrolyte membrane were all carried out in the same manner as in Example 1. The structural formula, yield, yield, mass average molecular weight, dispersity, and ion exchange equivalent mass (EW value) of the obtained block copolymer are as shown below.
Structural formula:

Yield: 25.5 g, Yield: 78%, Number average molecular weight 27600, Mass average molecular weight 112000, Ion exchange equivalent mass value (EW value) 666

(実施例3)
<第一の芳香族高分子化合物(親水セグメント)の合成>
4,4'−ジクロロ−3,3'−ジスルホン酸ナトリウムジフェニルスルホン1水和物(SDCDPS, 分子量509.25, 15.00g, 0.0295モル, 1.00当量)、4,4'−ジヒドロキシビフェニル(Biphenol, 分子量186.21, 6.86g, 0.0368モル, 1.25当量)、炭酸カリウム(K2CO3, 分子量138.21,5.85g, 0.0423モル, 1.44当量)、N−メチルピロリドン70ml、トルエン50ml、ジフルオロジフェニルスルホン(DFDPS, 分子量254.25,3.74g, 0.0147モル, 0.50当量)を用いた以外は全て実施例1と同様にして行った。得られた第一の芳香族高分子化合物の分子量は、数平均分子量12700、質量平均分子量22700であった。また、イオン交換当量質量値(EW値)は380であった。得られた第一の芳香族高分子化合物の構造は以下の通りである。
(Example 3)
<Synthesis of the first aromatic polymer compound (hydrophilic segment)>
Sodium 4,4′-dichloro-3,3′-disulfonate diphenylsulfone monohydrate (SDCDPS, molecular weight 509.25, 15.00 g, 0.0295 mol, 1.00 equivalent), 4,4′-dihydroxybiphenyl (Biphenol, molecular weight 186.21, 6.86 g, 0.0368 mol, 1.25 equivalent), potassium carbonate (K 2 CO 3 , molecular weight 138.21, 5.85 g, 0.0423 mol, 1.44 equivalent), N-methylpyrrolidone 70 ml, toluene 50 ml, difluorodiphenyl sulfone (DFDPS, molecular weight 254.25, 3.74) g, 0.0147 mol, 0.50 equivalent) was used in the same manner as in Example 1. The obtained first aromatic polymer compound had a number average molecular weight of 12,700 and a weight average molecular weight of 22,700. The ion exchange equivalent mass value (EW value) was 380. The structure of the obtained first aromatic polymer compound is as follows.

<第二の芳香族高分子化合物(疎水セグメント)の合成>
4,4'−ジクロロジフェニルスルホン(DCDPS, 分子量287.16, 10.15g, 0.0353モル, 1.20当量)、4,4'−ジヒドロキシビフェニル(Biphenol, 分子量186.21, 7.95g, 0.0427モル, 1.45当量)、炭酸カリウム(K2CO3, 分子量138.21,6.79g, 0.0491モル, 1.67当量)、N−メチルピロリドン70ml、トルエン50mlを用いた以外は全て実施例1と同様にして行った。得られた第二の芳香族高分子化合物の分子量は、数平均分子量5000、質量平均分子量8000であった。得られた第二の芳香族高分子化合物の構造は以下の通りである。

<Synthesis of second aromatic polymer compound (hydrophobic segment)>
4,4'-dichlorodiphenylsulfone (DCDPS, molecular weight 287.16, 10.15g, 0.0353mol, 1.20eq), 4,4'-dihydroxybiphenyl (Biphenol, molecular weight 186.21, 7.95g, 0.0427mol, 1.45eq), potassium carbonate ( K 2 CO 3 , molecular weight 138.21, 6.79 g, 0.0491 mol, 1.67 equivalent), 70 ml of N-methylpyrrolidone and 50 ml of toluene were all used in the same manner as in Example 1. The obtained second aromatic polymer compound had a number average molecular weight of 5,000 and a weight average molecular weight of 8,000. The structure of the obtained second aromatic polymer compound is as follows.

<ブロック共重合体の合成、ブロック共重合体の精製、及びブロック共重合体膜の作製>
上述のようにして得られた第一の芳香族高分子化合物及び第二の芳香族高分子化合物から、ブロック共重合体を合成し、得られたブロック共重合体を精製し、精製したブロック共重合体のみからなる高分子電解質膜を得た。高分子電解質膜を得るまでの一連の方法は、全て実施例1と同様にして行った。得られたブロック共重合体の構造式、収量、収率、質量平均分子量、分散度、及びイオン交換当量質量(EW値)は以下に示すとおりである。
構造式:

収量:35.6g, 収率:93%, 数平均分子量52300,質量平均分子量158000, イオン交換当量質量値(EW値)672
<Synthesis of block copolymer, purification of block copolymer, and production of block copolymer film>
A block copolymer was synthesized from the first aromatic polymer compound and the second aromatic polymer compound obtained as described above, the obtained block copolymer was purified, and the purified block copolymer was purified. A polymer electrolyte membrane consisting only of a polymer was obtained. A series of methods up to obtaining the polymer electrolyte membrane were all carried out in the same manner as in Example 1. The structural formula, yield, yield, mass average molecular weight, dispersity, and ion exchange equivalent mass (EW value) of the obtained block copolymer are as shown below.
Structural formula:

Yield: 35.6 g, Yield: 93%, Number average molecular weight 52300, Mass average molecular weight 158000, Ion exchange equivalent mass value (EW value) 672

(実施例4)
<第一の芳香族高分子化合物(親水セグメント)の合成>
4,4'−ジクロロ−3,3'−ジスルホン酸ナトリウムジフェニルスルホン1水和物(SDCDPS, 分子量509.25, 15.00g, 0.0295モル, 1.00当量)、4,4'−ジヒドロキシビフェニル(Biphenol, 分子量186.21, 6.86g, 0.0386モル, 1.25当量)、炭酸カリウム(K2CO3, 分子量138.21,5.85g, 0.0373モル, 1.44当量)、N−メチルピロリドン70ml、トルエン50ml、ジフルオロジフェニルスルホン(DFDPS, 分子量254.25,3.74g, 0.0147モル, 0.50当量)を用いた以外は全て実施例1と同様にして行った。得られた第一の芳香族高分子化合物の分子量は、数平均分子量8600、質量平均分子量16100であった。また、イオン交換当量質量値(EW値)は380であった。得られた第一の芳香族高分子化合物の構造は以下の通りである。

Example 4
<Synthesis of the first aromatic polymer compound (hydrophilic segment)>
Sodium 4,4′-dichloro-3,3′-disulfonate diphenylsulfone monohydrate (SDCDPS, molecular weight 509.25, 15.00 g, 0.0295 mol, 1.00 equivalent), 4,4′-dihydroxybiphenyl (Biphenol, molecular weight 186.21, 6.86 g, 0.0386 mol, 1.25 equivalents), potassium carbonate (K 2 CO 3 , molecular weight 138.21, 5.85 g, 0.0373 mol, 1.44 equivalents), N-methylpyrrolidone 70 ml, toluene 50 ml, difluorodiphenyl sulfone (DFDPS, molecular weight 254.25, 3.74) g, 0.0147 mol, 0.50 equivalent) was used in the same manner as in Example 1. The obtained first aromatic polymer compound had a number average molecular weight of 8600 and a weight average molecular weight of 16,100. The ion exchange equivalent mass value (EW value) was 380. The structure of the obtained first aromatic polymer compound is as follows.

<第二の芳香族高分子化合物(疎水セグメント)の合成>
4,4'−ジクロロジフェニルスルホン(DCDPS, 分子量287.16, 12.69g, 0.0442モル, 1.50当量)、4,4'−ジヒドロキシビフェニル(Biphenol, 分子量186.21, 9.60g, 0.0515モル, 1.75当量)、炭酸カリウム(K2CO3, 分子量138.21,8.19g, 0.0593モル, 2.01当量)、N−メチルピロリドン70ml、トルエン50mlを用いた以外は全て実施例1と同様にして行った。得られた第二の芳香族高分子化合物の分子量は、数平均分子量10500、質量平均分子量23400であった。得られた第二の芳香族高分子化合物の構造は以下の通りである。

<Synthesis of second aromatic polymer compound (hydrophobic segment)>
4,4'-dichlorodiphenylsulfone (DCDPS, molecular weight 287.16, 12.69g, 0.0442mol, 1.50eq), 4,4'-dihydroxybiphenyl (Biphenol, molecular weight 186.21, 9.60g, 0.0515mol, 1.75eq), potassium carbonate ( K 2 CO 3 , molecular weight 138.21, 8.19 g, 0.0593 mol, 2.01 equivalent), N-methylpyrrolidone 70 ml, toluene 50 ml were all used in the same manner as in Example 1. The obtained second aromatic polymer compound had a number average molecular weight of 10,500 and a weight average molecular weight of 23,400. The structure of the obtained second aromatic polymer compound is as follows.

<ブロック共重合体の合成、ブロック共重合体の精製、及びブロック共重合体膜の作製>
上述のようにして得られた第一の芳香族高分子化合物及び第二の芳香族高分子化合物から、ブロック共重合体を合成し、得られたブロック共重合体を精製し、精製したブロック共重合体のみからなる高分子電解質膜を得た。高分子電解質膜を得るまでの一連の方法は、全て実施例1と同様にして行った。得られたブロック共重合体の構造式、収量、収率、質量平均分子量、分散度、及びイオン交換当量質量(EW値)は以下に示すとおりである。
構造式:

収量:37.7g, 収率:90%, 数平均分子量37800,質量平均分子量93700, イオン交換当量質量値(EW値)762
<Synthesis of block copolymer, purification of block copolymer, and production of block copolymer film>
A block copolymer was synthesized from the first aromatic polymer compound and the second aromatic polymer compound obtained as described above, the obtained block copolymer was purified, and the purified block copolymer was purified. A polymer electrolyte membrane consisting only of a polymer was obtained. A series of methods up to obtaining the polymer electrolyte membrane were all carried out in the same manner as in Example 1. The structural formula, yield, yield, mass average molecular weight, dispersity, and ion exchange equivalent mass (EW value) of the obtained block copolymer are as shown below.
Structural formula:

Yield: 37.7 g, Yield: 90%, Number average molecular weight 37800, Mass average molecular weight 93700, Ion exchange equivalent mass value (EW value) 762

(実施例5)
<第一の芳香族高分子化合物(親水セグメント)の合成>
4,4'−ジクロロ−3,3'−ジスルホン酸ナトリウムジフェニルスルホン1水和物(SDCDPS, 分子量509.25, 15.00g, 0.0295モル, 1.00当量)、4,4'−ジヒドロキシビフェニル(Biphenol, 分子量186.21, 6.86g, 0.0386モル, 1.25当量)、炭酸カリウム(K2CO3, 分子量138.21,5.85g, 0.0373モル, 1.44当量)、N−メチルピロリドン70ml、トルエン50ml、ジフルオロジフェニルスルホン(DFDPS, 分子量254.25,3.74g, 0.0147モル, 0.50当量)を用いた以外は全て実施例1と同様にして行った。得られた第一の芳香族高分子化合物の分子量は、数平均分子量14400、質量平均分子量26200であった。また、イオン交換当量質量値(EW値)は380であった。得られた第一の芳香族高分子化合物の構造は以下の通りである。

(Example 5)
<Synthesis of the first aromatic polymer compound (hydrophilic segment)>
Sodium 4,4′-dichloro-3,3′-disulfonate diphenylsulfone monohydrate (SDCDPS, molecular weight 509.25, 15.00 g, 0.0295 mol, 1.00 equivalent), 4,4′-dihydroxybiphenyl (Biphenol, molecular weight 186.21, 6.86 g, 0.0386 mol, 1.25 equivalents), potassium carbonate (K 2 CO 3 , molecular weight 138.21, 5.85 g, 0.0373 mol, 1.44 equivalents), N-methylpyrrolidone 70 ml, toluene 50 ml, difluorodiphenyl sulfone (DFDPS, molecular weight 254.25, 3.74) g, 0.0147 mol, 0.50 equivalent) was used in the same manner as in Example 1. The obtained first aromatic polymer compound had a number average molecular weight of 14400 and a weight average molecular weight of 26,200. The ion exchange equivalent mass value (EW value) was 380. The structure of the obtained first aromatic polymer compound is as follows.

<第二の芳香族高分子化合物(疎水セグメント)の合成>
4,4'−ジクロロジフェニルスルホン(DCDPS, 分子量287.16, 15.48 g, 0.0539モル, 1.83当量)、4,4'−ジヒドロキシビフェニル(Biphenol, 分子量186.21, 11.41g, 0.0613モル, 2.08当量)、炭酸カリウム(K2CO3, 分子量138.21,9.74g, 0.0705モル, 2.39当量)、N−メチルピロリドン70ml、トルエン50mlを用いた以外は全て実施例1と同様にして行った。得られた第二の芳香族高分子化合物の分子量は、数平均分子量6200、質量平均分子量10900であった。得られた第二の芳香族高分子化合物の構造は以下の通りである。

<Synthesis of second aromatic polymer compound (hydrophobic segment)>
4,4'-dichlorodiphenylsulfone (DCDPS, molecular weight 287.16, 15.48 g, 0.0539 mol, 1.83 eq), 4,4'-dihydroxybiphenyl (Biphenol, molecular weight 186.21, 11.41 g, 0.0613 mol, 2.08 eq), potassium carbonate ( K 2 CO 3 , molecular weights 138.21, 9.74 g, 0.0705 mol, 2.39 equivalents), N-methylpyrrolidone 70 ml and toluene 50 ml were all used in the same manner as in Example 1. The obtained second aromatic polymer compound had a number average molecular weight of 6,200 and a weight average molecular weight of 10,900. The structure of the obtained second aromatic polymer compound is as follows.

<ブロック共重合体の合成、ブロック共重合体の精製、及びブロック共重合体膜の作製>
全て実施例1と同様にして行った。得られたブロック共重合体の構造式、収量、収率、質量平均分子量、分散度、及びイオン交換当量質量(EW値)は以下に示すとおりである。
構造式:

収量:41.7g, 収率:91%, 数平均分子量27000,質量平均分子量77400, イオン交換当量質量値(EW値)773
<Synthesis of block copolymer, purification of block copolymer, and production of block copolymer film>
All were carried out in the same manner as in Example 1. The structural formula, yield, yield, mass average molecular weight, dispersity, and ion exchange equivalent mass (EW value) of the obtained block copolymer are as shown below.
Structural formula:

Yield: 41.7 g, Yield: 91%, Number average molecular weight 27000, Mass average molecular weight 77400, Ion exchange equivalent mass value (EW value) 773

(比較例1)
<ランダム共重合体の合成>
ディーンスタークトラップ、コンデンサー、撹拌機および窒素供給管を備えた500mlの4つ口セパラブルフラスコに、4,4'−ジクロロ−3,3'−ジスルホン酸ナトリウムジフェニルスルホン1水和物(SDCDPS, 分子量509.25, 67.90g, 0.1333モル, 1.00当量)、4,4'−ジクロロジフェニルスルホン(DCDPS, 分子量287.16, 47.86g, 0.1667モル, 1.25当量)、4,4'−ジヒドロキシビフェニル(Biphenol, 分子量186.21, 40.97g, 0.3333モル, 2.50当量)、炭酸カリウム(K2CO3, 分子量138.21, 55.27g, 0.400モル, 3.00当量)、N−メチルピロリドン380ml、トルエン300mlを入れ、160℃で1時間、180℃で1時間加熱攪拌してトルエンを留去したのち、200℃38時間加熱した。反応液を室温に冷却後、デカフルオロビフェニル(DFBP, 分子量334.11,11.14g, 0.0333モル, 0.25当量)を加え、140℃で7時間加熱攪拌して、ランダム共重合体の反応液を得た。
(Comparative Example 1)
<Synthesis of random copolymer>
A 500 ml four-necked separable flask equipped with a Dean-Stark trap, condenser, stirrer and nitrogen supply tube was charged with sodium 4,4′-dichloro-3,3′-disulfonate diphenylsulfone monohydrate (SDCDPS, molecular weight). 509.25, 67.90 g, 0.1333 mol, 1.00 equivalent), 4,4'-dichlorodiphenyl sulfone (DCDPS, molecular weight 287.16, 47.86 g, 0.1667 mol, 1.25 equivalent), 4,4'-dihydroxybiphenyl (Biphenol, molecular weight 186.21, 40.97) g, 0.3333 mol, 2.50 equivalents), potassium carbonate (K 2 CO 3 , molecular weight 138.21, 55.27 g, 0.400 mol, 3.00 equivalents), N-methylpyrrolidone 380 ml, toluene 300 ml, 160 ° C. for 1 hour, 180 ° C. After heating and stirring for 1 hour to distill off toluene, the mixture was heated at 200 ° C. for 38 hours. After the reaction solution was cooled to room temperature, decafluorobiphenyl (DFBP, molecular weight 334.11, 11.14 g, 0.0333 mol, 0.25 equivalent) was added, and the mixture was heated and stirred at 140 ° C. for 7 hours to obtain a random copolymer reaction solution.

<ランダム共重合体の精製>
室温に冷却後、反応液を2000mlの水中に注ぎ、ブロック共重合体を析出させた。ブロック共重合体を濾過した後、3000mlのビーカーに移し、蒸留水1500mlを加えて、室温から70℃に加熱した。ブロック共重合体を濾過した後、3000mlのビーカーに移し、10%硫酸水溶液1500mlを加えて、室温から70℃に加熱した。ブロック共重合体を濾過した後、精製水で十分に洗浄し、3000mlのビーカーに移し、蒸留水1500mlを加えて、室温から70℃に加熱した。ブロック共重合体を濾過した後、精製水で十分に洗浄し、3000mlのビーカーに移し、蒸留水1500mlと5%炭酸ナトリウム水溶液500mlを加えて、室温から70℃に加熱した。ブロック共重合体を濾過した後、精製水で十分に洗浄し140℃の熱風乾燥機で6時間乾燥することで目的物であるブロック共重合体を得た。
<Purification of random copolymer>
After cooling to room temperature, the reaction solution was poured into 2000 ml of water to precipitate a block copolymer. After the block copolymer was filtered, it was transferred to a 3000 ml beaker, 1500 ml of distilled water was added, and the mixture was heated from room temperature to 70 ° C. The block copolymer was filtered, transferred to a 3000 ml beaker, 1500 ml of 10% sulfuric acid aqueous solution was added, and the mixture was heated from room temperature to 70 ° C. The block copolymer was filtered, washed thoroughly with purified water, transferred to a 3000 ml beaker, 1500 ml of distilled water was added, and the mixture was heated from room temperature to 70 ° C. The block copolymer was filtered, washed thoroughly with purified water, transferred to a 3000 ml beaker, 1500 ml of distilled water and 500 ml of 5% aqueous sodium carbonate solution were added, and the mixture was heated from room temperature to 70 ° C. The block copolymer was filtered, washed thoroughly with purified water, and dried in a hot air dryer at 140 ° C. for 6 hours to obtain the target block copolymer.

<ランダム共重合体膜の作製>
ブロック共重合体の評価を行うために膜を作製した。
得られたブロック共重合体15gをN−メチルピロリドン85gに溶解させた後、1000メッシュのフィルターを用いて加圧濾過し、さらに遊星攪拌型の脱泡装置で脱泡した。この溶液をガラス板上にギャップ400μmのバーコーターを用いて流延した後、熱風型乾燥機で60℃15分、80℃15分、100℃15分乾燥させた。乾燥機から取り出した後、膜をガラス板から剥離し、ステンレス製の枠に固定して、再び乾燥機の中に投じ、160℃30分、200℃30分乾燥した。室温に冷却後、膜を枠から取り外し、10%硫酸水溶液に12時間室温で含浸した。蒸留水で洗浄した後、膜に付着した水分を濾紙(5A)で拭き取りブロック共重合体膜を作製した。
得られたランダム共重合体の構造式、収量、収率、質量平均分子量、分散度、及びイオン交換当量質量(EW値)は以下に示すとおりである。
構造式:

収量:170g, 収率:97%, 数平均分子量424000, 分散度6.4, イオン交換当量質量値(EW値)605
<Preparation of random copolymer film>
Membranes were made to evaluate block copolymers.
After 15 g of the obtained block copolymer was dissolved in 85 g of N-methylpyrrolidone, it was filtered under pressure using a 1000 mesh filter, and further defoamed with a planetary stirring type deaerator. This solution was cast on a glass plate using a bar coater having a gap of 400 μm, and then dried with a hot air dryer at 60 ° C. for 15 minutes, 80 ° C. for 15 minutes, and 100 ° C. for 15 minutes. After taking out from the dryer, the membrane was peeled off from the glass plate, fixed to a stainless steel frame, poured again into the dryer, and dried at 160 ° C. for 30 minutes and 200 ° C. for 30 minutes. After cooling to room temperature, the membrane was removed from the frame and impregnated with 10% aqueous sulfuric acid for 12 hours at room temperature. After washing with distilled water, the water adhering to the membrane was wiped off with filter paper (5A) to produce a block copolymer membrane.
The structural formula, yield, yield, mass average molecular weight, dispersity, and ion exchange equivalent mass (EW value) of the obtained random copolymer are as shown below.
Structural formula:

Yield: 170 g, Yield: 97%, Number average molecular weight 424000, Dispersion 6.4, Ion exchange equivalent mass value (EW value) 605

(比較例2)
第一の芳香族高分子化合物末端に、疎水性芳香族ハロゲン基を有しない場合のブロック化
<第一の芳香族高分子化合物(親水セグメント)の合成>
ディーンスタークトラップ、コンデンサー、撹拌機および窒素供給管を備えた1000mlの4つ口セパラブルフラスコに、4,4'−ジクロロ−3,3'−ジスルホン酸ナトリウムジフェニルスルホン1水和物(SDCDPS, 分子量509.25, 40.00g, 0.0785モル, 1.00当量)、4,4'−ジヒドロキシビフェニル(Biphenol, 分子量186.21, 16.82g, 0.0903モル, 1.15当量)、炭酸カリウム(K2CO3, 分子量138.21, 138.21,14.36g, 0.1039モル, 1.32当量)、N−メチルピロリドン150ml、トルエン100mlを入れ、160℃で1時間、180℃で1時間加熱攪拌してトルエンを留去したのち、200℃に昇温して24時間加熱して、第一の芳香族高分子化合物の反応液を得た。得られた第一の芳香族高分子化合物の分子量は、数平均分子量18000、質量平均分子量35000であった。得られた第一の芳香族高分子化合物の構造は以下の通りである。

(Comparative Example 2)
Blocking when no hydrophobic aromatic halogen group is present at the end of the first aromatic polymer compound <Synthesis of the first aromatic polymer compound (hydrophilic segment)>
A 1000 ml four-necked separable flask equipped with a Dean-Stark trap, condenser, stirrer and nitrogen supply tube was charged with 4,4'-dichloro-3,3'-sodium diphenylsulfone monohydrate (SDCDPS, molecular weight). 509.25, 40.00 g, 0.0785 mol, 1.00 eq), 4,4'-dihydroxybiphenyl (Biphenol, molecular weight 186.21, 16.82 g, 0.0903 mol, 1.15 equiv), potassium carbonate (K 2 CO 3, molecular weight 138.21, 138.21,14.36G , 0.1039 mol, 1.32 equivalents), 150 ml of N-methylpyrrolidone and 100 ml of toluene were added, and the mixture was heated and stirred at 160 ° C. for 1 hour and 180 ° C. for 1 hour to distill off the toluene. The reaction liquid of the 1st aromatic polymer compound was obtained by heating. The obtained first aromatic polymer compound had a number average molecular weight of 18,000 and a weight average molecular weight of 35,000. The structure of the obtained first aromatic polymer compound is as follows.

<第二の芳香族高分子化合物(疎水セグメント)の合成>
ディーンスタークトラップ、コンデンサー、マグネティックスターラーおよび窒素供給管を備えた500mlのナスフラスコに、4,4'−ジクロロジフェニルスルホン(DCDPS, 分子量287.16, ,22.56g, 0.0785モル, 1.00当量)、4,4'−ジヒドロキシビフェニル(Biphenol, 分子量186.21, 16.82g, 0.0903モル, 1.15当量)、炭酸カリウム(K2CO3, 分子量138.21,14.36g, 0.1039モル, 1.32当量)、N−メチルピロリドン150ml、トルエン100mlを入れ、160℃で1時間、180℃で1時間加熱攪拌してトルエンを留去したのち、200℃に昇温して12時間加熱攪拌して、第二の芳香族高分子化合物の反応液を得た。得られた第二の芳香族高分子化合物の分子量は、数平均分子量7000、質量平均分子量13000であった。得られた第二の芳香族高分子化合物の構造は以下の通りである。

<Synthesis of second aromatic polymer compound (hydrophobic segment)>
In a 500 ml eggplant flask equipped with a Dean-Stark trap, condenser, magnetic stirrer and nitrogen supply tube, 4,4'-dichlorodiphenylsulfone (DCDPS, molecular weight 287.16,, 22.56 g, 0.0785 mol, 1.00 equivalent), 4,4 ' - dihydroxybiphenyl (Biphenol, molecular weight 186.21, 16.82 g, 0.0903 mol, 1.15 eq) was placed potassium carbonate (K 2 CO 3, molecular weight 138.21,14.36G, 0.1039 mol, 1.32 eq), N- methylpyrrolidone 150 ml, of toluene 100ml After heating and stirring at 160 ° C for 1 hour and 180 ° C for 1 hour to distill off toluene, the temperature was raised to 200 ° C and heated and stirred for 12 hours to obtain a reaction solution of the second aromatic polymer compound It was. The obtained second aromatic polymer compound had a number average molecular weight of 7000 and a weight average molecular weight of 13,000. The structure of the obtained second aromatic polymer compound is as follows.

<ブロック共重合体の合成>
第一の芳香族高分子化合物の反応容器と、第二の芳香族高分子化合物の反応容器をシリコンチューブで繋ぎ、窒素雰囲気下、室温で第二の芳香族高分子化合物の反応液を全て第一の芳香族高分子化合物の反応容器へ注いだ。この時、無水N−メチルピロリドン200mlで第二の芳香族高分子化合物の反応容器を窒素雰囲気下洗浄し、洗浄液も全て第一の芳香族高分子化合物の反応容器へ注いだ。反応混合液を200℃で16時間加熱攪拌した。
<ブロック共重合体の精製、及びブロック共重合体膜の作製>
全て実施例1と同様にして行った。得られたブロック共重合体の構造式、収量、収率、質量平均分子量、分散度、及びイオン交換当量質量(EW値)は以下に示すとおりである。
ポリマー精製において未反応の親水セグメントの溶出が見られた。収率、及び分子量が低く良好なブロック共重合体が得られなかった。
構造式:

収量:57g, 収率:65%, 数平均分子量27000,質量平均分子量72000, イオン交換当量質量値(EW値)872
<Synthesis of block copolymer>
The reaction vessel for the first aromatic polymer compound and the reaction vessel for the second aromatic polymer compound are connected by a silicon tube, and the reaction solution for the second aromatic polymer compound is completely removed at room temperature under a nitrogen atmosphere. One aromatic polymer compound was poured into a reaction vessel. At this time, the reaction vessel of the second aromatic polymer compound was washed with 200 ml of anhydrous N-methylpyrrolidone under a nitrogen atmosphere, and all of the cleaning liquid was poured into the reaction vessel of the first aromatic polymer compound. The reaction mixture was stirred with heating at 200 ° C. for 16 hours.
<Purification of block copolymer and production of block copolymer film>
All were carried out in the same manner as in Example 1. The structural formula, yield, yield, mass average molecular weight, dispersity, and ion exchange equivalent mass (EW value) of the obtained block copolymer are as shown below.
Unreacted hydrophilic segments were eluted in the polymer purification. A good block copolymer having a low yield and molecular weight could not be obtained.
Structural formula:

Yield: 57 g, Yield: 65%, Number average molecular weight 27000, Mass average molecular weight 72000, Ion exchange equivalent mass value (EW value) 872

表1及び表2に実施例1〜5及び比較例1〜2の物性値をまとめて示す。表1は、実施例1〜5及び比較例1の親水セグメント及び疎水セグメントの仕込みモル比、及び分子量を示す表である。表2は、実施例1〜5及び比較例1のEW値、プロトン伝導率、及びメタノール透過性を示す表である。
また、図3〜7に実施例1,3及び比較例1で作製したブロック共重合体膜のTEM像を示す。実施例1及び3の高分子電解質膜は、ブロック化の効果により、相分離構造を示すことが分かる。なお、図3〜7は暗視野像であり、白い部分がプロトン酸基の部分を示している。

Tables 1 and 2 collectively show physical property values of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2. Table 1 is a table showing the charged molar ratios and molecular weights of the hydrophilic segment and the hydrophobic segment of Examples 1 to 5 and Comparative Example 1. Table 2 is a table showing the EW values, proton conductivity, and methanol permeability of Examples 1 to 5 and Comparative Example 1.
3 to 7 show TEM images of the block copolymer films prepared in Examples 1 and 3 and Comparative Example 1. It can be seen that the polymer electrolyte membranes of Examples 1 and 3 exhibit a phase separation structure due to the blocking effect. 3 to 7 are dark field images, and the white portion indicates the protonic acid group portion.

メタノール透過係数評価用セルを示す図である。It is a figure which shows the cell for methanol permeability coefficient evaluation. プロトン伝導率測定用セルの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the cell for proton conductivity measurement. 実施例1の電解質膜の相分離構造を示す図である。2 is a diagram showing a phase separation structure of an electrolyte membrane of Example 1. FIG. 実施例3の電解質膜の相分離構造を示す図である。6 is a diagram showing a phase separation structure of an electrolyte membrane of Example 3. FIG. 比較例1の電解質膜の相分離構造を示す図である。6 is a diagram showing a phase separation structure of an electrolyte membrane of Comparative Example 1. FIG.

Claims (11)

(a)末端に一価の疎水性芳香族ハロゲン基を有し、且つプロトン酸基を有する第一の芳香族高分子化合物を調製する工程と、ここで、前記一価の疎水性芳香族ハロゲン基はパーフルオロビフェニル基ではなく、
(b)末端に前記第一の芳香族高分子化合物の一価の疎水性芳香族ハロゲン基と反応し得る反応性基を有し、且つプロトン酸基を有しない第二の芳香族高分子化合物を調製する工程と、
(c)前記第一の芳香族高分子化合物と前記第二の芳香族高分子化合物とを結合してブロック共重合体を調製する工程と
を有することを特徴とするブロック共重合体の製造方法。
(A) a step of preparing a first aromatic polymer compound having a monovalent hydrophobic aromatic halogen group at a terminal and having a protonic acid group; and the monovalent hydrophobic aromatic halogen, wherein The group is not a perfluorobiphenyl group,
(B) a second aromatic polymer compound having a reactive group capable of reacting with a monovalent hydrophobic aromatic halogen group of the first aromatic polymer compound at the terminal and having no proton acid group A step of preparing
(C) A method for producing a block copolymer, comprising the step of preparing the block copolymer by bonding the first aromatic polymer compound and the second aromatic polymer compound. .
前記第二の芳香族高分子化合物の反応性基が、フェノール性水酸基である、請求項1記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the reactive group of the second aromatic polymer compound is a phenolic hydroxyl group. 前記第一の芳香族高分子化合物の質量平均分子量が2000以上150000以下であり、前記第二の芳香族高分子化合物の質量平均分子量が2000以上150000以下である、請求項1記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the first aromatic polymer compound has a mass average molecular weight of 2,000 to 150,000 and the second aromatic polymer compound has a mass average molecular weight of 2,000 to 150,000. 前記ブロック共重合体を調製する工程(c)が、第一の芳香族高分子化合物と前記第二の芳香族高分子化合物の質量比[第一の芳香族高分子化合物]/[第二の芳香族高分子化合物]の値が、0.1以上10.0以下となるように、前記第一の芳香族高分子化合物と前記第二の芳香族高分子化合物とを混合し、ブロック共重合してブロック共重合体を調製する工程である、請求項1記載の方法。 In the step (c) of preparing the block copolymer, the mass ratio of the first aromatic polymer compound and the second aromatic polymer compound [first aromatic polymer compound] / [second Block copolymerization is performed by mixing the first aromatic polymer compound and the second aromatic polymer compound so that the value of the aromatic polymer compound is 0.1 or more and 10.0 or less. The method according to claim 1, wherein the step is a step of preparing a block copolymer. 前記第一の芳香族高分子化合物が、下記の式(1)、式(3)、式(4)及び式(5)から成る群から選択される少なくとも1つのプロトン酸基を導入した二価の基を含む、請求項1記載の方法。


[式(1)中、Aは、直接結合、−O−、−S−、−S(O)−、−S(O)2−、−C(O)−、−P(O)(C6H5)−、−C(CH3)2−、−CH2−、−C(C6H5)2−、又は、


[式(2)中、Xは、それぞれ同一であっても異なっていてもよいプロトン酸基であって、スルホン酸基、リン酸基、炭素数1〜6のアルキルスルホン酸基、炭素数1〜20のオキシアルキルスルホン酸基、炭素数1〜6のアルキルリン酸基、又は炭素数1〜20のオキシアルキルリン酸基を示し、mは1〜4の置換基数を示し、nは1〜4の置換基数を示す。]
を示し、
Rは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、水素、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数6〜20のアリールオキシ基、又は炭素数2〜20のアシル基を示し、
Xは、それぞれ同一であっても異なっていてもよいプロトン酸基であって、スルホン酸基、リン酸基、炭素数1〜6のアルキルスルホン酸基、炭素数1〜20のオキシアルキルスルホン酸基、炭素数1〜6のアルキルリン酸基、又は炭素数1〜20のオキシアルキルリン酸基を示し、
mは、1〜4の置換基数を示し、
fは、1〜(4−m)の置換基数を示し、
nは、1〜4の置換基数を示し、
jは、1〜(4−n)の置換基数を示す。]


[式(3)中、Rは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、水素、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数6〜20のアリールオキシ基、又は炭素数2〜20のアシル基を示し、
Xは、それぞれ同一であっても異なっていてもよいプロトン酸基であって、スルホン酸基、リン酸基、炭素数1〜6のアルキルスルホン酸基、炭素数1〜20のオキシアルキルスルホン酸基、炭素数1〜6のアルキルリン酸基、又は炭素数1〜20のオキシアルキルリン酸基を示し、
mは、1〜4の置換基数を示し、
fは、1〜(4−m)の置換基数を示し、
nは、1〜4の置換基数を示し、
jは、1〜(4−n)の置換基数を示す。]


[式(4)中、Aは、直接結合、−O−、−S−、−S(O)−、−S(O)2−、−C(O)−、−P(O)(C6H5)−、−C(CH3)2−、−CH2−、−C(C6H5)2−、又は炭素数1〜10のアルキリデン基を示し、
Rは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、水素、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数6〜20のアリールオキシ基、又は炭素数2〜20のアシル基を示し、
Xは、それぞれ同一であっても異なっていてもよいプロトン酸基であって、スルホン酸基、リン酸基、炭素数1〜6のアルキルスルホン酸基、炭素数1〜20のオキシアルキルスルホン酸基、炭素数1〜6のアルキルリン酸基、又は炭素数1〜20のオキシアルキルリン酸基を示し、
mは、1〜5の置換基数を示し、
fは、1〜(5−m)の置換基数を示し、
nは、1〜5の置換基数を示し、
jは、1〜(5−n)の置換基数を示す。]


[式(5)中、Zは、直接結合、−NH−、炭素数1〜10の2価のアルキルアミノ基、−N(C6H5)−、−O−、又は−S−を示し、
Rは、水素、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数6〜20のアリールオキシ基、又は炭素数2〜20のアシル基を示し、
Xは、プロトン酸基であって、スルホン酸基、リン酸基、炭素数1〜6のアルキルスルホン酸基、炭素数1〜20のオキシアルキルスルホン酸基、炭素数1〜6のアルキルリン酸基、又は炭素数1〜20のオキシアルキルリン酸基を示し、
mは、1〜5の置換基数を示し、
fは、1〜(5−m)の置換基数を示す。]
The first aromatic polymer compound is divalent having at least one protonic acid group selected from the group consisting of the following formulas (1), (3), (4) and (5): The method of claim 1 comprising the group:


[In the formula (1), A represents a direct bond, —O—, —S—, —S (O) —, —S (O) 2 —, —C (O) —, —P (O) (C 6 H 5) -, - C (CH 3) 2 -, - CH 2 -, - C (C 6 H 5) 2 -, or,


[In Formula (2), X is a protonic acid group which may be the same or different, and is a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, an alkylsulfonic acid group having 1 to 6 carbon atoms, or 1 carbon atom. Represents an oxyalkyl sulfonic acid group of -20, an alkyl phosphoric acid group of 1 to 6 carbon atoms, or an oxyalkyl phosphoric acid group of 1 to 20 carbon atoms, m represents the number of substituents of 1 to 4, and n represents 1 to 1 The number of substituents of 4 is shown. ]
Indicate
R may be the same or different and each represents hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 20 carbon atoms. An aryloxy group or an acyl group having 2 to 20 carbon atoms;
X is a protonic acid group which may be the same or different, and is a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, an alkylsulfonic acid group having 1 to 6 carbon atoms, or an oxyalkylsulfonic acid having 1 to 20 carbon atoms. A group, an alkyl phosphate group having 1 to 6 carbon atoms, or an oxyalkyl phosphate group having 1 to 20 carbon atoms,
m represents the number of substituents 1 to 4,
f represents the number of substituents 1 to (4-m);
n represents the number of substituents 1 to 4,
j represents the number of substituents of 1 to (4-n). ]


[In the formula (3), Rs may be the same or different and are each hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 20 carbon atoms. , An aryloxy group having 6 to 20 carbon atoms, or an acyl group having 2 to 20 carbon atoms,
X is a protonic acid group which may be the same or different, and is a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, an alkylsulfonic acid group having 1 to 6 carbon atoms, or an oxyalkylsulfonic acid having 1 to 20 carbon atoms. A group, an alkyl phosphate group having 1 to 6 carbon atoms, or an oxyalkyl phosphate group having 1 to 20 carbon atoms,
m represents the number of substituents 1 to 4,
f represents the number of substituents 1 to (4-m);
n represents the number of substituents 1 to 4,
j represents the number of substituents of 1 to (4-n). ]


[In the formula (4), A represents a direct bond, -O-, -S-, -S (O)-, -S (O) 2- , -C (O)-, -P (O) (C 6 H 5) -, - C (CH 3) 2 -, - CH 2 -, - C (C 6 H 5) 2 -, or shows an alkylidene group having 1 to 10 carbon atoms,
R may be the same or different and each represents hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or 6 to 20 carbon atoms. An aryloxy group or an acyl group having 2 to 20 carbon atoms;
X is a protonic acid group which may be the same or different, and is a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, an alkylsulfonic acid group having 1 to 6 carbon atoms, or an oxyalkylsulfonic acid having 1 to 20 carbon atoms. A group, an alkyl phosphate group having 1 to 6 carbon atoms, or an oxyalkyl phosphate group having 1 to 20 carbon atoms,
m represents the number of substituents of 1 to 5,
f represents the number of substituents 1 to (5-m);
n represents the number of substituents of 1 to 5,
j represents the number of substituents of 1 to (5-n). ]


[In formula (5), Z represents a direct bond, —NH—, a divalent alkylamino group having 1 to 10 carbon atoms, —N (C 6 H 5 ) —, —O—, or —S—. ,
R is hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, an aryloxy group having 6 to 20 carbon atoms, or an acyl having 2 to 20 carbon atoms. Group,
X is a protonic acid group, which is a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, an alkylsulfonic acid group having 1 to 6 carbon atoms, an oxyalkylsulfonic acid group having 1 to 20 carbon atoms, or an alkylphosphoric acid group having 1 to 6 carbon atoms. Group, or an oxyalkyl phosphate group having 1 to 20 carbon atoms,
m represents the number of substituents of 1 to 5,
f represents the number of substituents of 1 to (5-m). ]
前記第二の芳香族高分子化合物が、下記の式(6)、式(8)、式(9)及び式(10)から成る群から選ばれる少なくとも1つの芳香環又は複素環を含む、請求項1記載の方法。


[式(6)中、Aは、直接結合、−O−、−S−、−S(O)−、−S(O)2−、−C(O)−、−P(O)(C6H5)−、−C(CH3)2−、−CH2−、−C(C6H5)2−、又は


を示し、
B,C,D,Eは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、水素、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数6〜20のアリールオキシ基、炭素数2〜20のアシル基、又はシアノ基である。]

[式(8)中、F、Gは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、水素、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数6〜20のアリールオキシ基、炭素数2〜20のアシル基、又はシアノ基を示す。]


[式(9)中、Aは、直接結合、−O−、−S−、−S(O)−、−S(O)2−、−C(O)−、−P(O)(C6H5)−、−C(CH3)2−、−CH2−、−C(C6H5)2−又は炭素数1〜10のアルキリデン基を示し、
Rは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、水素、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数6〜20のアリールオキシ基、又は炭素数2〜20のアシル基を示し、
f及びjは、それぞれ独立して1〜5の置換基数を示す。]


[式(10)中、Zは、直接結合、−NH−、炭素数1〜10のアルキルアミノ基、−N(C6H5)−、−O−、又は−S−を示し、
Rは、水素、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数6〜20のアリールオキシ基、又は炭素数2〜20のアシル基、を示し、
fは、1〜5の置換基数を示す。]
The second aromatic polymer compound includes at least one aromatic ring or heterocyclic ring selected from the group consisting of the following formulas (6), (8), (9), and (10). Item 2. The method according to Item 1.


[In the formula (6), A represents a direct bond, —O—, —S—, —S (O) —, —S (O) 2 —, —C (O) —, —P (O) (C 6 H 5) -, - C (CH 3) 2 -, - CH 2 -, - C (C 6 H 5) 2 -, or


Indicate
B, C, D and E may be the same as or different from each other, hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, An aryloxy group having 6 to 20 carbon atoms, an acyl group having 2 to 20 carbon atoms, or a cyano group. ]

[In Formula (8), F and G may be the same as or different from each other, hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, and 6 to 20 carbon atoms. An aryl group, an aryloxy group having 6 to 20 carbon atoms, an acyl group having 2 to 20 carbon atoms, or a cyano group is shown. ]


[In the formula (9), A represents a direct bond, -O-, -S-, -S (O)-, -S (O) 2- , -C (O)-, -P (O) (C 6 H 5 ) —, —C (CH 3 ) 2 —, —CH 2 —, —C (C 6 H 5 ) 2 — or an alkylidene group having 1 to 10 carbon atoms,
R may be the same or different and each represents hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 20 carbon atoms. An aryloxy group or an acyl group having 2 to 20 carbon atoms;
f and j each independently represent 1 to 5 substituents. ]


[In the formula (10), Z represents a direct bond, —NH—, an alkylamino group having 1 to 10 carbon atoms, —N (C 6 H 5 ) —, —O—, or —S—;
R is hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, an aryloxy group having 6 to 20 carbon atoms, or an acyl having 2 to 20 carbon atoms. Group,
f shows the number of substituents of 1-5. ]
前記プロトン酸基が、スルホン酸基及び/又はリン酸基である、請求項1記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the protonic acid group is a sulfonic acid group and / or a phosphoric acid group. 前記第一の芳香族高分子化合物が、下記の式(11)である、請求項1記載の方法。

(11)

[式(11)中、Aは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、直接結合、−O−、−S−、−S(O)−、−S(O)2−、−C(O)−、−P(O)(C6H5)−、−C(CH3)2−、−CH2−、又は−C(C6H5)2−を示し、
Xはハロゲン基を示し、
nは3以上の整数を示す。]
The method according to claim 1, wherein the first aromatic polymer compound is the following formula (11).

(11)

[In Formula (11), A's may be the same or different, and may be a direct bond, -O-, -S-, -S (O)-, -S (O) 2- , -C. (O) -, - P ( O) (C 6 H 5) -, - C (CH 3) 2 -, - CH 2 -, or -C (C 6 H 5) 2 - indicates,
X represents a halogen group,
n represents an integer of 3 or more. ]
請求項1〜8のいずれか1項記載の方法によって調製されたブロック共重合体。 The block copolymer prepared by the method of any one of Claims 1-8. 請求項9記載のブロック共重合体を含むことを特徴とする高分子電解質組成物。 A polymer electrolyte composition comprising the block copolymer according to claim 9. 請求項10記載の高分子電解質組成物を含むことを特徴とする高分子電解質膜。 A polymer electrolyte membrane comprising the polymer electrolyte composition according to claim 10.
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