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ポリイミド樹脂及び電解質膜 UPDATE

国内特許コード P120007997
整理番号 P05-014R-D2
掲載日 2012年10月10日
出願番号 特願2011-251894
公開番号 特開2012-097263
登録番号 特許第5493138号
出願日 平成23年11月17日(2011.11.17)
公開日 平成24年5月24日(2012.5.24)
登録日 平成26年3月14日(2014.3.14)
優先権データ
  • 特願2005-167588 (2005.6.7) JP
発明者
  • 渡辺 政廣
  • 宮武 健治
  • 内田 裕之
出願人
  • 国立大学法人山梨大学
発明の名称 ポリイミド樹脂及び電解質膜 UPDATE
発明の概要 【課題】耐加水分解性の向上されたポリイミド樹脂を提供する。
【解決手段】一般式(5)で示される構造単位を含むポリイミド樹脂。



(一般式(5)中、Arは、炭素数6~20の芳香環であり、隣接するイミド基とともに原子数5又は6のイミド環を形成する。なお、この芳香環における一部の炭素原子は、S、N、O、SO又はCOで置換されていてもよく、また、一部又は全部の水素原子は、脂肪族基、ハロゲン原子又はパーフルオロ脂肪族基で置換されていてもよい。また、Arは、炭素数6~13の芳香環であり、この芳香環における水素原子の少なくとも一部は酸アルキル基で置換されている。なお、この酸アルキル基における一部の炭素原子は、S、N、O、SO又はCOで置換されていてもよく、また、一部又は全部の水素原子は、脂肪族基、ハロゲン原子又はパーフルオロ脂肪族基で置換されていてもよい。)
【選択図】なし
従来技術、競合技術の概要



燃料電池は、燃料(例えば、水素、メタノールなど。)と酸素との化学反応エネルギーを電気エネルギーに直接変換する発電装置であり、温室ガスや有害物質を発生しないクリーンな次世代エネルギー源として有望視されている。とりわけ高分子固体電解質型燃料電池(以下、PEFCという。)やメタノール直接型燃料電池(以下、DMFCという。)は小型軽量化が可能で、電気自動車用、家庭用、携帯機器用などの電源として有望視されているため、現在活発に研究開発が行われている。PEFCやDMFCに用いられる電解質膜としては、湿潤状態でプロトンのみを透過する電解質膜が求められており、現在では主にパーフルオロアルキルスルホン酸高分子を含む電解質膜が用いられている。





ところで、PEFCやDMFCについて、現在よりも性能を高めて広範な実用化を図るためには、運転温度を現在(例えば、80℃以下。)よりも高く(例えば、120℃以上。)することが求められている。しかしながら、上記したパーフルオロアルキルスルホン酸高分子を含む電解質膜は、100℃以上の温度条件下でプロトン伝導度及び機械的強度が低下してしまうため、100℃以上の高温運転に供することは困難であるという問題がある。また、燃料ガス(水素又はメタノール)を透過し易いという問題やコストが高いなどの問題がある。





このような問題を解決するため、ポリマー内にスルホン酸基が導入されたポリイミド樹脂を含む電解質膜が提案されている。ポリマー内にスルホン酸基が導入されたポリイミド樹脂を含む電解質膜は、耐熱性、耐酸化性及び機械的強度が高く、製造コストが安価で、置換基導入が容易であり、さらには高いプロトン伝導度を有するため、燃料電池用の電解質膜の有望な候補の一つとして考えられている(例えば、特許文献1~4参照。)。このような、ポリマー内にスルホン酸基が導入されたポリイミド樹脂を含む電解質膜は、上記したパーフルオロアルキルスルホン酸高分子を含む電解質膜と比較しても、100℃以上でプロトン伝導度及び機械的強度が低下してしまうという問題が抑制されている。





なかでも、特許文献2~4に記載されたポリイミド樹脂を含む電解質膜は、ポリマーの側鎖にスルホン酸基を含む置換基(例えば、酸アルコキシ基。)が導入されたポリイミド樹脂を含む電解質膜であるため、ポリマーの主鎖の芳香環にスルホン酸基が直接導入された特許文献1に記載されたポリイミド樹脂を含む電解質膜と比較しても、100℃以上でプロトン伝導度及び機械的強度が低下してしまうという問題がさらに抑制されている。

産業上の利用分野



本発明は、ポリイミド樹脂及び電解質膜に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
一般式(5)で示される構造単位を含むことを特徴とするポリイミド樹脂。
【化5】


(一般式(5)中、Arは、炭素数6~20の芳香環であり、隣接するイミド基とともに原子数5又は6のイミド環を形成する。なお、この芳香環における一部の炭素原子は、S、N、O、SO又はCOで置換されていてもよく、また、一部又は全部の水素原子は、脂肪族基、ハロゲン原子又はパーフルオロ脂肪族基で置換されていてもよい。
また、Arは、芳香環における水素原子の2つが酸アルキル基で置換され、一般式(6)で示される構造からなる基である。なお、この酸アルキル基における一部又は全部の水素原子は、脂肪族基、ハロゲン原子又はパーフルオロ脂肪族基で置換されていてもよい。)
【化6】


(一般式(6)中、X及びXは、酸性基を含む置換基であり、同一であっても異なっていてもよい。n及びnは、前記酸アルキル基の炭素数を表し、それぞれ1以上の整数である。また、n及びnは、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。)

【請求項2】
前記酸アルキル基は、炭素数7以上の酸アルキル基であることを特徴とする請求項1に記載のポリイミド樹脂。

【請求項3】
前記酸アルキル基が、酸パーフルオロアルキル基であることを特徴とする請求項1に記載のポリイミド樹脂。

【請求項4】
及びXが、スルホン酸基、ホスホン酸基、カルボン酸基又はフェノール性水酸基を含む置換基であることを特徴とする請求項1、2又は3のいずれかに記載のポリイミド樹脂。

【請求項5】
前記構造単位が、前記一般式(6)で示されるビフェニル構造の4,4’位置に位置する2つの炭素にそれぞれNH基が結合したジアミン化合物と、四カルボン酸二無水物との重縮合により得られる構造単位であることを特徴とする請求項1、2、3又は4に記載のポリイミド樹脂。

【請求項6】
請求項1、2、3、4又は5に記載のポリイミド樹脂を含むことを特徴とする電解質膜。
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 登録
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