[发明专利]嵌段共聚物及其用途

说明书

本申请是申请日为2004年9月24日、申请号为200480035436.9、发明名称为“嵌段共聚物及其用途”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及嵌段共聚物，涉及高分子电解质、特别是适合用于燃料电池用途的嵌段共聚物及其用途。

背景技术

作为一次电池、二次电池、或者固体高分子型燃料电池等电化学装置的隔膜，目前使用具有质子传导性的高分子即高分子电解质。例如以ナフ_イオン(テ_ユポン公司的注册商标)为首的、以侧链上具有作为超强酸的全氟烷基磺酸、主链为全氟链烷的脂肪族系高分子作为有效成分的高分子电解质，作为燃料电池用的膜材料、离子交换成分而使用时，发电特性优异，因此历来一直被主要使用着。可是，已经指出这种材料存在价格非常高，耐热性低，膜强度低，若不进行一些增强就不实用等问题。

在这样的状况下，近年来能够代替上述高分子电解质并且廉价、特性优异的高分子电解质的开发活跃起来。

例如，提出了一种嵌段共聚物，该共聚物具有实质上未导入磺酸基的链段和导入了磺酸基的链段，前一链段由聚醚砜构成，后一链段以二苯基砜与具有磺酸基的双酚的醚结合体作为重复单元(特开2003-031232号公报)。

可是，象上述那样的嵌段共聚物作为燃料电池等的高分子电解质并不能够充分地满足要求，希望得到一种显示更优异的性能的共聚物。

发明内容

本发明人为了发现能作为燃料电池等的高分子电解质的性能更优异的嵌段共聚物而反复刻苦研究，结果发现：作为导入了酸基的链段，二苯基砜或二苯甲酮骨架部分中具有酸基的嵌段共聚物，作为高分子电解质、尤其是燃料电池的质子传导膜，在成膜性、耐氧化性、耐自由基性和耐水解性等化学稳定性、膜的机械强度、耐水性、及质子传导度等各种特性上显示优异的性能，与此同时，进一步加以种种研究，完成了本发明。

即，本发明提供：

[1]一种嵌段共聚物，其特征在于，包含具有酸基的链段、和实质上不具有酸基的链段各1个或1个以上，其中具有酸基的链段用下述通式(1)表示，

(式中，m表示10或10以上的整数，Ar¹、Ar²、Ar³相互独立地表示二价芳基，在此，这些二价芳基可以被碳原子数1～10的烷基、碳原子数1～10的烷氧基、碳原子数6～10的芳基或碳原子数6～10的芳氧基取代。Ar¹、Ar²中的至少任意一个具有酸基，Ar³可以具有酸基也可以不具有酸基。Y表示-CO-或-SO₂-，链段中的各Y独立地表示-CO-或-SO₂-。)；

实质上不具有酸基的链段包含用下述通式(2)表示的重复结构，

(式中，n表示10或10以上的整数，Ar⁴、Ar⁵相互独立地表示二价芳基，在此，这些二价芳基可以被碳原子数1～10的烷基、碳原子数1～10的烷氧基、碳原子数6～10的芳基、碳原子数6～10的芳氧基或氟基取代。Z表示-CO-或-SO₂-，链段中的各Z独立地表示-CO-或-SO₂-)。

另外，本发明提供：

[2]根据上述[1]所述的嵌段共聚物，其特征在于，具有酸基的链段、和实质上不具有酸基的链段的重量组成比是5∶95～40∶60。

另外，本发明提供：

[3]根据上述[1]至[2]中任意一项所述的嵌段共聚物，其特征在于，酸基为强酸基或超强酸基。

[4]根据上述[1]至[3]中任意一项所述的嵌段共聚物，其特征在于，实质上不具有酸基的链段用下述通式(3)表示，

(式中，n及Z表示上述的意义)。

[5]根据上述[4]所述的嵌段共聚物，其特征在于，具有酸基的链段用下述通式(4)表示，

(式中，m和Y表示与前述相同的意义。r、s分别独立地表示0或1，r+s为1或2。u表示1或2，t表示0、1或2)。

[6]根据上述[1]至[5]中任意一项所述的共聚物，其特征在于，离子交换容量为0.8meq/g～2.4meq/g。

[7]一种高分子电解质，其以上述[1]至[6]中任意一项所述的共聚物作为有效成分。

[8]一种高分子电解质膜，其特征在于，使用上述[7]所述的高分子电解质形成。