燃料電池用電解質およびその製造方法
【課題】
固体高分子形燃料電池の電解質膜およびバインダーとして、耐酸化性が高く、高温でも脱スルホンが起こりにくい、かつプロトン伝導性の高い、新規な高分子電解質を提供する。
【解決手段】
スルホン酸基を有する芳香環が電子吸引性連結基で連なる構造の側鎖を有する高分子スルホン酸からなる高分子電解質である。側鎖は、分岐側鎖でも非分岐側鎖でもよいが、分岐側鎖が好ましい。電子吸引性連結基は、−ＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−（ＣＦ２）ｐ−（ｐは１〜１０の整数）、−Ｃ（ＣＦ３）２−、−ＣＯＯ−、−ＳＯ−、−ＳＯ２− から選ばれるものである。そして、少なくともスルホン酸基を２個以上導入された側鎖を有する。
固体高分子形燃料電池の電解質膜およびバインダーとして、耐酸化性が高く、高温でも脱スルホンが起こりにくい、かつプロトン伝導性の高い、新規な高分子電解質を提供する。
【解決手段】
スルホン酸基を有する芳香環が電子吸引性連結基で連なる構造の側鎖を有する高分子スルホン酸からなる高分子電解質である。側鎖は、分岐側鎖でも非分岐側鎖でもよいが、分岐側鎖が好ましい。電子吸引性連結基は、−ＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−（ＣＦ２）ｐ−（ｐは１〜１０の整数）、−Ｃ（ＣＦ３）２−、−ＣＯＯ−、−ＳＯ−、−ＳＯ２− から選ばれるものである。そして、少なくともスルホン酸基を２個以上導入された側鎖を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子形燃料電池の電解質膜およびバインダーとして有用な、新規高分子電解質およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで、固体高分子形燃料電池用の電解質材料としては、（１）ナフィオン（デュポン社製）等のパーフルオロアルキルスルホン酸高分子（例えば、特許文献１参照）や、（２）ポリエーテルエーテルケトン等の耐熱性高分子の主鎖をスルホン化した高分子（例えば、特許文献２参照）、（３）スルホン酸化された側鎖を有する高分子（例えば、特許文献３、特許文献４、特許文献５参照）が知られている。しかしながら、これらの高分子は固体高分子形燃料電池用の電解質材料として、いずれも問題を有していた。すなわち、燃料電池の出力向上の点から１００℃以上の運転温度が望まれているが、上記（１）のパーフルオロアルキルスルホン酸ポリマーはガラス転移点が約１２０℃と低いため、使用温度が１００℃未満という制約がある。また、上記（２）および（３）の高分子は、脱スルホンが進行するため高い温度では使用できない。さらに、上記（２）および（３）の高分子は、耐酸化性が充分ではない。耐酸化性を向上させる方法としては、高分子電解質に酸化防止剤を添加する方法（例えば、特許文献６および特許文献７参照）が提案されている。しかしながら、この方法では高分子電解質そのものの耐酸化性を向上させているわけではないので、添加した酸化防止剤が消費されると、電解質膜の耐酸化性が低下してしまうと推定される。また、上記（２）のポリマーは、プロトン伝導性を向上すべくスルホン酸化率を高めると水溶性となる問題がある（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第３，２８２，８７５号明細書
【特許文献２】米国特許第５，７９５，４９６号明細書
【特許文献３】米国特許第５，４０３，６７５号明細書
【特許文献４】特開２００１−３２９０５３号公報
【特許文献５】特開２００２−２８９２２２号公報
【特許文献６】特開２００３−２０１３５２号公報
【特許文献７】特開２００３−２０１４０３号公報
【非特許文献１】Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．６，Ｎｏ．１１，ｐ．Ａ２２９−Ａ２３１（２００３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、固体高分子形燃料電池の電解質膜およびバインダーとして、耐酸化性が高く、高温でも脱スルホンが起こりにくい、かつプロトン伝導性の高い、新規な高分子電解質およびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、スルホン酸が置換した芳香環が電子吸引性連結基で連なる特定構造の側鎖を有する高分子スルホン酸からなる高分子電解質がその目的に適合しうることを見いだし、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
【０００６】
すなわち、本発明は、以下の通りである。
１．少なくとも下記一般式（１）で表される繰り返し単位を有する事を特徴とする燃料電池用高分子電解質。
【化１】
（Ｙは芳香族残基を表し、Ｐは −ＣＯ−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ−、−ＳＯ２−、−ＣＯＮＨ−、−Ｃ（ＣＦ３）２−、単結合から選ばれる連結基であり、ｋは１〜４の整数であって、式中の側鎖部分Ｚは、下記一般式（２）で表される。
Ｚ＝−（Ｘ１Ａｒ１（Ｂ１））−（Ｘ２Ａｒ２（Ｂ２））−・・・−（Ｘｎ−１Ａｒｎ−１（Ｂｎ−１））−（ＸｎＡｒｎ） （２）
式（２）中のＢ１〜Ｂｎ−１は、側鎖部分Ｚにおける分岐鎖を意味し、以下の式で表される。
Ｂ１＝−〔（Ｘ２Ａｒ２（Ｂ２））−（Ｘ３Ａｒ３（Ｂ３））−・・・−（Ｘｎ−１Ａｒｎ−１（Ｂｎ−１））−（ＸｎＡｒｎ）〕ｆ
Ｂ２＝−〔（Ｘ３Ａｒ３（Ｂ３））−・・・−（Ｘｎ−１Ａｒｎ−１（Ｂｎ−１））−（ＸｎＡｒｎ）〕ｆ
・
・
・
Ｂｎ−１＝−〔ＸｎＡｒｎ〕ｆ
（２）式中
ｎは各々独立に２〜５の整数、
ｆは各々独立に０〜５の整数、
Ａｒは各々独立に芳香族残基であって、
Ｘは各々独立に−ＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−（ＣＦ２）ｐ−（ｐは１〜１０の整数）、−Ｃ（ＣＦ３）２−、−ＣＯＯ−、−ＳＯ−、−ＳＯ２−から選ばれる連結基である。
そして、−ＳＯ３Ｈ基が二個以上導入されたＺを有する。）
【０００７】
２．Ｐが −ＣＯ−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ２−、−Ｃ（ＣＦ３）２−から選ばれる連結基であることを特徴とする前項１記載の燃料電池用高分子電解質。
【０００８】
３．ｋが１〜２の整数であり、ｆが各々独立に０〜２の整数であることを特徴とする前項１または２記載の燃料電池用高分子電解質。
【０００９】
４．少なくとも一つのｆが１または２であることを特徴とする前項３記載の燃料電池用高分子電解質。
【００１０】
５．ｆが０または１であり、少なくとも一つのｆが１であることを特徴とする前項３記載の燃料電池用高分子電解質。
【００１１】
６．高分子に側鎖導入剤を反応させることを特徴とする、前項１の一般式（１）で表される繰り返し単位を有する燃料電池用高分子電解質の製造方法
【００１２】
７．下記一般式（３）で表される繰り返し単位を有する高分子と下記一般式（４）で表される側鎖導入剤を反応させることを特徴とする、前項６の燃料電池用高分子電解質の製造方法
【化２】
（ＹおよびＰは上記一般式（１）に記載のものと同様であり、Ｕは水素原子、−ＣＯＸ、−ＳＯ２Ｘから選ばれる反応性基であり、Ｘはハロゲン原子、ＯＲ（Ｒは水素原子、アルキル基、またはアリール基）、水酸基から選ばれる。）
［化３］
Ｚ’−Ｖ （４）
（式（３）のＵが水素原子の場合、Ｖは−ＣＯＸ、−ＳＯ２Ｘから選ばれる反応性基であり、Ｕが−ＣＯＸ、−ＳＯ２Ｘから選ばれる反応性基である場合には、Ｖは水素原子であり、Ｚ’は、下記一般式（５）で表される。
Ｚ’＝−（Ａｒ１（Ｂ１））−（Ｘ２Ａｒ２（Ｂ２））−・・・−（Ｘｎ−１Ａｒｎ−１（Ｂｎ−１））−（ＸｎＡｒｎ） （５）
（５）式中、Ａｒ、Ｂ、ｎは上記一般式（１）に記載のものと同様であり、かつ、Ａｒはスルホン酸基を有していて良く、Ｘは −Ｓ−、−ＣＨ２−、−ＣＸ”２−（Ｘ”は非フッ素ハロゲン原子）、−Ｃ（ＯＲ”）２−（Ｒ”はアルキル基）、−Ｃ（ＯＲ”）２−Ｏ−（Ｒ”はアルキル基）、−（Ｃ（ＯＲ”）２）ｐ−（Ｒ”はアルキル基）から選ばれる連結基前駆体、及び上記一般式（１）に記載の連結基から選ばれる。）
【００１３】
８．一般式（３）で表される繰り返し単位を有する高分子と前記一般式（４）で表される側鎖導入剤を反応させるに際し、
（ｉ）側鎖導入剤がスルホン酸基またはその前駆体を有せず、かつ、側鎖導入剤Ｚ’におけるＸが、電子供与性の連結基前駆体であって、高分子と反応後、スルホン酸化を行い、続いて連結基前駆体を電子吸引性の連結基に変換することにより、
または、
（ｉｉ）側鎖導入剤がスルホン酸基またはその前駆体を有し、かつ、側鎖導入剤Ｚ’におけるＸが、
（ｉｉ−１）電子供与性の連結基前駆体である場合には、続いて連結基前駆体を電子吸引性の連結基に変換することにより、
（ｉｉ−２）電子吸引性の連結基である場合には、その状態で、一般式（１）で表される繰り返し単位を有する燃料電池用高分子電解質を得ることを特徴とする、前項７の燃料電池用高分子電解質の製造方法
【００１４】
９．少なくとも側鎖を有するモノマーを用いて重合させることを特徴とする、前項１の一般式（１）で表される繰り返し単位を有する燃料電池用高分子電解質の製造方法。
【００１５】
１０．側鎖を有するモノマーが下記一般式（６）であることを特徴とする、前項８記載の燃料電池用高分子電解質の製造方法。
【化４】
［式中、ｋおよびＹは一般式（１）と同様であり、ＷおよびＷ’は水素原子、ハロゲン、−ＣＯＸ（ＸはハロゲンまたはＯＲ（Ｒは水素原子、アルキル基、またはアリール基））、−ＯＨ、−ＳＨ、−ＳＯ2 Ｘ（Ｘは前記のとおり）から選ばれ、同一であっても異なっていても良く、Ｚ”はＸが連結基及び前記の連結基前駆体から選ばれ、Ａｒがスルホン酸基を有していて良いことを除いて一般式（１）のＺと同様である。］
【００１６】
１１．少なくとも前記一般式（６）で表されるモノマーを重合させるに際し、
（ｉ）Ｚ”がスルホン酸基またはその前駆体を有せず、かつ、Ｚ”のＸが電子供与性の連結基前駆体であって、重合後、スルホン酸化を行い、続いて連結基前駆体を電子吸引性の連結基に変換することにより、
または、
（ｉｉ）Ｚ”がスルホン酸基またはその前駆体を有し、かつ、Ｚ”のＸが、
（ｉｉ−１）電子供与性の連結基前駆体である場合には、続いて連結基前駆体を電子吸引性の連結基に変換することにより、
（ｉｉ−２）電子吸引性の連結基である場合には、その状態で、一般式（１）で表される繰り返し単位を有する燃料電池用高分子電解質を得ることを特徴とする、前項１０の燃料電池用高分子電解質の製造方法
【００１７】
１２．スルホン酸基の代わりにスルホン酸前駆体を用い、その後にスルホン酸前駆体をスルホン酸に変換することにより一般式（１）で表される繰り返し単位を有する燃料電池用高分子電解質を得ることを特徴とする、前項６、７、８、９、１０、１１の燃料電池用高分子電解質の製造方法
【００１８】
１３．前項１〜５のいずれかに記載の高分子電解質を用いることを特徴とする燃料電池用高分子電解質膜
１４．前項６〜１２のいずれかに記載の方法により製造された高分子電解質を用いることを特徴とする燃料電池用高分子電解質膜
１５．前項１〜５のいずれかに記載の高分子電解質を用いることを特徴とする燃料電池
１６．前項６〜１２のいずれかに記載の方法により製造された高分子電解質を用いることを特徴とする燃料電池
【発明の効果】
【００１９】
本発明の高分子電解質は、耐酸化性が高く、高温でも脱スルホンが起こりにくく、プロトン伝導性が高く、かつ、力学的性質にも優れた、新規な高分子電解質である。したがって、固体高分子形燃料電池の電解質膜およびバインダーとして好適に使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明について具体的に説明する。
本発明の高分子電解質は一般式（１）で表される繰り返し単位（Ａ）を有する。
【化５】
一般式（１）中、ｋは通常１〜４の整数であって、好ましくは１または２である。
一般式（１）中、Ｙは（ｋ＋２）価の芳香族残基であり、例えば、下式（７）に示す３価の芳香族残基、下式（８）に示す４価の芳香族残基、下式（９）に示す５価の芳香族残基などが挙げられる。これら芳香族残基の水素原子がアルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アリール基、ハロゲン化アリール基、−ＣＮ、−ＮＯ2 、−ＣＯＲ、−ＣＯＯ Ｒ（Ｒは水素原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基から選ばれる。）、−ＣＯＮＲＲ’（Ｒ’はＲと同様である。）、−ＳＯ3 Ｒ、−ＳＯＲ、−ＳＯ2 Ｒで置換されていてもよく、Ｆ、パーフルオロアルキル、−ＣＮ、−ＮＯ2 、−ＣＯＲ、−ＣＯＯ Ｒ、−ＣＯＮＲＲ’、−ＳＯ3 Ｒ、−ＳＯＲ、−ＳＯ2 Ｒ等の電子吸引基が置換していることが好ましい。
【００２１】
【化６】
【００２２】
【化７】
【００２３】
【化８】
【００２４】
一般式（７）〜（９）における２価の基Ｑは−ＣＯ−、−ＣＯＯ −、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ−、−ＳＯ2 −、−ＣＣＲ12−（Ｒ1 は水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基から選ばれる）、単結合から選ばれ、好ましくは−ＣＯ−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ2 −から選ばれる。
【００２５】
一般式（１）中、Ｐは −ＣＯ−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ−、−ＳＯ２−、−ＣＯＮＨ−、−Ｃ（ＣＦ３）２−、単結合から選ばれる連結基であり、好ましくは、−ＣＯ−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ２−、−Ｃ（ＣＦ３）２−から選ばれる連結基であり、さらに好ましくは−ＣＯ−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ２−から選ばれる連結基である。
一般式（１）中の側鎖部分Ｚは、一般式（２）で表される。
Ｚ＝−（Ｘ１Ａｒ１（Ｂ１））−（Ｘ２Ａｒ２（Ｂ２））−・・・−（Ｘｎ−１Ａｒｎ−１（Ｂｎ−１））−（ＸｎＡｒｎ） （２）
式（２）中のＢ１〜Ｂｎ−１は、側鎖部分Ｚにおける分岐鎖を意味し、以下の式で表される。
Ｂ１＝−〔（Ｘ２Ａｒ２（Ｂ２））−（Ｘ３Ａｒ３（Ｂ３））−・・・−（Ｘｎ−１Ａｒｎ−１（Ｂｎ−１））−（ＸｎＡｒｎ）〕ｆ
Ｂ２＝−〔（Ｘ３Ａｒ３（Ｂ３））−・・・−（Ｘｎ−１Ａｒｎ−１（Ｂｎ−１））−（ＸｎＡｒｎ）〕ｆ
・
・
・
Ｂｎ−１＝−〔ＸｎＡｒｎ〕ｆ
式（２）式中ｎはそれぞれ独立に２〜５から選ばれる整数を表し、好ましくは２〜４から選ばれ、さらに好ましくは２〜３から選ばれる。ｆはそれぞれ独立に０〜５から選ばれる整数を表し、好ましくは０〜２から選ばれ、かつ、少なくとも一つのｆが１または２であり、さらに好ましくは０〜１から選ばれ、かつ、少なくとも一つのｆが１である。
上記一般式（２）において、ｆが１以上である場合、上記一般式（２）で表される側鎖は芳香族残基Ａｒ１ 〜Ａｒｎ−１ において分岐構造をとるが、その際、各分岐鎖は各々異なった鎖長および分岐構造をとることもできる。すなわち、本発明の上記一般式（２）で表される側鎖は、例えば、下式（１０）に示す構造をとることができる。
【００２６】
【化９】
【００２７】
上記一般式（２）におけるＡｒ１〜Ａｒｎ-1は（ｆ＋２）価の芳香族残基を表し、例えば下式（１１）に示す２価の芳香族残基、式（７）に示す３価の芳香族残基、式（８）に示す４価の芳香族残基、式（９）に示す５価の芳香族残基などが挙げられる。これら芳香族残基の水素原子がアルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アリール基、ハロゲン化アリール基、−ＣＮ、−ＮＯ2 、−ＣＯＲ、−ＣＯＯ Ｒ（Ｒは水素原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基から選ばれる。）、−ＣＯＮＲＲ’（Ｒ’はＲと同様である。）、−ＳＯ3 Ｒ、−ＳＯＲ、−ＳＯ2 Ｒで置換されていてもよく、Ｆ、パーフルオロアルキル、−ＣＮ、−ＮＯ2 、−ＣＯＲ、−ＣＯＯ Ｒ、−ＣＯＮＲＲ’、−ＳＯ3 Ｒ、−ＳＯＲ、−ＳＯ2 Ｒ等の電子吸引基が置換していることが好ましい。また、Ａｒ１〜Ａｒｎ-1 は互いに同じであっても異なっていてもよい。
【００２８】
【化１０】
【００２９】
さらに上記一般式（１）におけるＡｒｎは側鎖末端のアリール基を表し、例えば、下式（１２）に示すアリール基が挙げられ、当該アリール基の水素原子がアルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アリール基、ハロゲン化アリール基、−ＣＮ、−ＮＯ2 、−ＣＯＲ、−ＣＯＯ Ｒ（Ｒは水素原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基から選ばれる。）、−ＣＯＮＲＲ’（Ｒ’はＲと同様である。）、−ＳＯ3 Ｒ、−ＳＯＲ、−ＳＯ2 Ｒで置換されていてもよく、Ａｒｎは互いに同じであっても異なっていてもよい。
【００３０】
【化１１】
【００３１】
また上記一般式（１）におけるＸ１〜Ｘｎ は２価の電子吸引基を表し、例えば、−ＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−（ＣＦ2 ）p −（ここで、ｐは１〜１０の整数である）、−Ｃ（ＣＦ3 ）2 −、−ＣＯＯ−、−ＳＯ−、−ＳＯ2 −などが挙げられ、好ましくは−ＣＯ−、−Ｃ（ＣＦ3 ）2 −、−ＳＯ−、−ＳＯ2 −さらに好ましくは−ＣＯ−、−ＳＯ−、−ＳＯ2 −などが用いられる。Ｘ１〜Ｘｎ は互いに同じであっても異なっていてもよい。本発明の上記一般式（１）中、Ｚで表される側鎖の具体例としては、例えば、下記式（１３）の基が挙げられる。
【００３２】
【化１２】
（上記式中、スルホン酸基は記載していない。）
【００３３】
本発明では、通常、非分岐型側鎖、分岐型側鎖から選ばれる側鎖が用いられ、好ましくは分岐型側鎖が用いられる。分岐型側鎖は、（ｉ）スルホン化が容易な末端芳香環の数が多く、高分子（主鎖）までの距離が同じスルホン酸基を同一側鎖に複数導入することが可能であり、プロトン伝導性に必要なイオンクラスター構造を形成し易く、それゆえプロトン伝導性が高いものと考えられる。また、（ｉｉ）側鎖の形状が嵩高くなるので異なる高分子鎖間の側鎖が互いに絡み合うものと推察され、その結果、電解質膜の強度が高く、寸法安定性も高いものと考えられる。
【００３４】
上記一般式（２）において、ｆが１以上である場合、上記一般式（２）で表される側鎖は芳香族残基Ａｒ１ 〜Ａｒｎ−１ において分岐構造をとるが、その際、各分岐鎖は各々異なった鎖長および分岐構造をとることもできる。すなわち、本発明の上記一般式（２）で表される側鎖は、例えば、式（１０）に示す構造をとることができる。
【００３５】
本発明の高分子電解質は、少なくとも一般式（１）で表される繰り返し単位（Ａ）を有する。本発明の高分子電解質としては、通常、一般式（１）で表される繰り返し単位（Ａ）を１〜１００モル％、好ましくは５〜９５モル％、さらに好ましくは１０〜８０モル％、特に好ましくは１５〜７５モル％含み、その重量平均分子量が１０００〜１００万、好ましくは１万〜１００万、さらに好ましくは２万〜８０万、特に好ましくは３万〜４０万の重合体である高分子電解質が挙げられる。
【００３６】
本発明の高分子電解質が、従来の高分子電解質と比較して、（１）耐酸化性が高く、（２）高温でも脱スルホンが起こりにくく、（３）プロトン伝導性が高いという、優れた性能を併せ持つ理由は未だ明確ではないが、およそ次のように推定される。
【００３７】
（１）耐酸化性が高い理由：燃料電池運転時には過酸化水素や・ＯＯＨラジカルのような酸化性物質が生成することが知られている。そのため、高分子電解質としては化学的に安定な高分子パーフルオロスルホン酸が用いられてきた。従来の炭化水素系高分子スルホン酸では耐酸化性が不十分であることは、例えば特許文献６および７において、耐酸化性を補うために酸化防止剤を併用していることからも明らかである。上記特許文献６および７で用いられている高分子電解質（本発明の比較例１にその一つを示す）は、スルホン酸が置換した芳香環が電子供与性連結基（−Ｏ−）で連なる構造の側鎖を有している。酸化性物質例えば・ＯＯＨラジカルは芳香環を親電子的に攻撃するので、電子密度の高い芳香環ほど攻撃されやすく、特許文献６および７で用いられる電解質は耐酸化性が低いものと推察される。一方、本発明の電解質は、スルホン酸が置換した芳香環が電子吸引性連結基で連なる特定構造の側鎖を有する。すなわち、本発明の方法では電子吸引性連結基を用いることにより芳香環の電子密度を低下させ、それゆえ、酸化性物質が反応し難く、耐酸化性が高いものと考えられる。
【００３８】
（２）脱スルホンが起こり難い理由：一方、芳香族スルホン酸は、高温ほど脱スルホンが進行することが知られており、燃料電池運転温度である１００℃付近での脱スルホンも皆無ではないため、この点を改良することは高分子スルホン酸電解質の課題の一つであった。脱スルホン反応は芳香族スルホン酸へのプロトンの攻撃により開始すると考えられ、したがって、電子密度の高い芳香環ほど脱スルホンし易いものと推測される。先述のように、電子吸引性連結基が置換した本発明の電解質は芳香環の電子密度が低いので、脱スルホンし難いものと推測される。
【００３９】
（３）プロトン伝導度が高い理由：電子吸引性連結基が置換した本発明の電解質は芳香環の電子密度が低い。したがって解離したスルホン酸アニオンを安定化するために酸解離定数が高く、それゆえ、プロトン伝導度が高いものと推測される。
【００４０】
本発明の高分子電解質は従来知られていない。それには必然的な理由があったからである。すなわち、従来知られている、側鎖スルホン酸を有する高分子電解質（例えば、比較例２で用いた高分子電解質）は、スルホン酸が置換した芳香環が電子供与性連結基で連なる構造を有している。通常、芳香環をスルホン化する場合、電子吸引性基が置換していると、当該芳香環の反応性が著しく低下し、その結果スルホン化を進行させることが困難となってしまう。それゆえ、従来の方法では、芳香環を活性化しスルホン化の進行を容易にするために電子供与基を置換せざるを得なかったのである。その結果、本発明のような側鎖電子吸引性連結基を有する高分子電解質は合成が困難であった。一方、本発明においては、電子吸引性連結基へ変換可能な電子供与性連結基前駆体を用いることにより、（１）スルホン化反応性の促進と、（２）電子吸引性連結基の使用、を両立することが初めて可能となり、その結果、本発明の優れた効果を見出すことが可能となったのである。
【００４１】
本発明の高分子電解質の製造方法は特に限定されるものではない。例えば、
（Ｍ１）高分子に側鎖導入剤を反応させて側鎖を導入する方法
一般式（１）においてＺが置換していない構造に相当する、−Ｙ−Ｐ−（Ｙは２価の芳香族残基、Ｐは前記のとおり）を繰り返し単位として有する高分子へ側鎖導入剤を反応させてＺを導入させても良いし、予め反応性の置換基を導入した−Ｙ（Ｍ）−Ｐ−（Ｙは３価の芳香族残基、Ｍは反応性基、Ｐは前記のとおり）に、Ｍと反応する側鎖導入剤を反応させることによりＺを導入しても良い。
（Ｍ２）少なくとも側鎖を有するモノマーを重合させて製造する方法
繰り返し構造単位（Ａ）に対応するモノマーおよび他の繰り返し単位に対応するモノマーを重合することによっても得られるし、繰り返し単位（Ａ）に対応するモノマーや他の繰り返し単位に対応するモノマーからまずオリゴマーを合成し、次に当該オリゴマー同士または当該オリゴマーとモノマーを反応させることにより得ることもできる。また、繰り返し単位（Ａ）と一つのまたは複数の他の繰り返し単位が連結した構造に対応するモノマーを予め合成し、このものの単独重合や、このものと他の繰り返し構造に対応するモノマーとの重合によって合成することもできる。
【００４２】
前記方法（Ｍ１）の通常用いられる具体例を次に示す。すなわち、下記一般式（３）で表される繰り返し単位を有する高分子と下記一般式（４）で表される側鎖導入剤を反応させることにより、一般式（１）で示される高分子電解質を製造することができる。なお、この場合には、一般式（２）におけるＸは−ＣＯ−および−ＳＯ２−から選ばれる。
【００４３】
【化１３】
【００４４】
式（３）において、ＹおよびＰは一般式（１）に記載のものと同様であり、Ｕは水素原子、−ＣＯＸ、−ＳＯ２Ｘから選ばれる反応性基であり、Ｘはハロゲン原子、ＯＲ（Ｒは水素原子、アルキル基、またはアリール基）、水酸基から選ばれる。
［化１４］
Ｚ’−Ｖ （４）
式（３）のＵが水素原子の場合、Ｖは−ＣＯＸ、−ＳＯ２Ｘから選ばれる反応性基であり、Ｕが−ＣＯＸ、−ＳＯ２Ｘから選ばれる反応性基である場合には、Ｖは水素原子であり、Ｚ’は、下記一般式（５）で表される。
［化１５］
Ｚ’＝−（Ａｒ１（Ｂ１））−（Ｘ２Ａｒ２（Ｂ２））−・・・−（Ｘｎ−１Ａｒｎ−１（Ｂｎ−１））−（ＸｎＡｒｎ） （５）
（５）式中、Ａｒ、Ｂ、ｎは上記一般式（２）に記載のものと同様であり、Ｘは上記一般式（２）に記載の連結基及び連結基前駆体から選ばれる。）
連結基前駆体とは、連結基に変換することのできる基をいう。連結基前駆体を連結基に変換する方法としては公知の方法を用いることができる。表１に例を示す。
【００４５】
【表１】
【００４６】
連結基前駆体を連結基に変換するのはいずれの時点でもよいが、好ましくは次の方法が用いられる。すなわち、前記一般式（３）で表される繰り返し単位を有する高分子と前記一般式（４）で表される側鎖導入剤を反応させるに際し、
（ｉ）側鎖導入剤がスルホン酸基またはその前駆体を有せず、かつ、側鎖導入剤のＸが、電子供与性の連結基前駆体であって、高分子と反応後、スルホン酸化を行い、続いて連結基前駆体を電子吸引性の連結基に変換することにより、または、
（ｉｉ）側鎖導入剤がスルホン酸基またはその前駆体を有し、かつ、側鎖導入剤のＸが、（ｉｉ−１）電子供与性の連結基前駆体である場合には、続いて連結基前駆体を電子吸引性の連結基に変換することにより、（ｉｉ−２）電子吸引性の連結基である場合には、その状態で、一般式（１）で表される繰り返し単位を有する燃料電池用高分子電解質を得る方法である。
【００４７】
本発明で使用する、一般式（３）で表される繰り返し単位を有する高分子の例を以下に示す。
Ｕが水素原子のもの：一般式（１１）で示される残基から選ばれる２価芳香族残基と、−ＣＯ−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ−、−ＳＯ２−、−ＣＯＮＨ−、−Ｃ（ＣＦ３）２−、単結合から選ばれる連結基Ｐの組み合わせからなる高分子が通常用いられ、好ましくは、フェニレン、ナフチレン、ビフェニレンから選ばれる２価芳香族残基と−ＣＯ−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ２−から選ばれる連結基Ｐの組み合わせが用いられ、より好ましくはポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリチオエーテルケトン、ポリチオエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトンが用いられ、さらに好ましくは、下式で表される高分子においてＺが水素原子のものが用いられる。
【００４８】
【化１６】
【００４９】
【化１７】
【００５０】
Ｕが−ＣＯＸまたは−ＳＯ２Ｘのもの：一般式（１１）で示される残基から選ばれる２価芳香族残基と、−ＣＯ−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ−、−ＳＯ２−、−ＣＯＮＨ−、−Ｃ（ＣＦ３）２−、単結合から選ばれる連結基Ｐの組み合わせからなる高分子に−ＣＯＸまたは−ＳＯ２Ｘを導入したものが通常用いられ、好ましくは、フェニレン、ナフチレン、ビフェニレンから選ばれる２価芳香族残基と−ＣＯ−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ２−から選ばれる連結基Ｐの組み合わせの高分子に−ＣＯＸまたは−ＳＯ２Ｘを導入したものが用いられ、より好ましくはポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリチオエーテルケトン、ポリチオエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトンに−ＣＯＸまたは−ＳＯ２Ｘを導入したものが用いられ、さらに好ましくは、上式で表される高分子においてＺが−ＣＯＸまたは−ＳＯ２Ｘを導入したものが用いられる。（−ＣＯＸまたは−ＳＯ２Ｘの導入には公知の導入方法を用いることができる。）。一般式（３）ＵのＣＯＸ、ＳＯ２ＸにおけるＸは、通常、ハロゲン原子、ＯＲ（Ｒは水素原子、アルキル基、またはアリール基）、水酸基から選ばれ、好ましくは、ハロゲン原子、水酸基から選ばれる。一般式（４）で表される側鎖導入剤の例を次に示す。
側鎖導入剤がスルホン酸基またはその前駆体を有し、かつ、側鎖導入剤のＸが電子吸引性の連結基であり、さらに、Ｖが−ＣＯＸ、−ＳＯ２Ｘから選ばれる反応性基である場合の、好ましいＺ’−Ｖの例を式（１４）および式（１５）に示す。さらに好ましいＺ’−Ｖは式（１５）に示す分岐構造である。（式中、−ＳＯ３Ｒはスルホン酸基またはその前駆体を表し、Ｒは水酸基、アルキル基、アルカリ金属、アルカリ土類金属から選ばれる。）
【００５１】
【化１８】
【００５２】
【化１９】
【００５３】
側鎖導入剤がスルホン酸基またはその前駆体を有せず、かつ、側鎖導入剤のＸが、電子供与性の連結基前駆体であり、さらに、Ｖが−ＣＯＸ、−ＳＯ２Ｘから選ばれる反応性基である場合の、好ましいＺ’−Ｖの例を式（１６）および式（１７）に示す。さらに好ましいＺ’は式（１７）に示す分岐構造である。Ｖが水素原子である場合の好ましいＺ’−Ｖの例を式（１８）および式（１９）に示す。
【００５４】
【化２０】
【００５５】
【化２１】
【００５６】
【化２２】
【００５７】
【化２３】
【００５８】
式（４）のＶにおけるＸは通常、ハロゲン原子、ＯＲ（Ｒは水素原子、アルキル基、またはアリール基）、水酸基から選ばれ、好ましくは、ハロゲン原子、水酸基から選ばれる。
【００５９】
高分子に側鎖導入剤を反応させる際の反応の種類は、特に制限されない。式（３）で表される高分子と式（４）で表される側鎖導入剤を反応させる際の好ましい方法としては次の方法が挙げられる。
（ｉ）式（３）のＵが水素原子で、式（４）のＶが−ＣＯＸ（Ｘがハロゲン原子または水酸基）であるか、または、式（３）のＵが−ＣＯＸ（Ｘがハロゲン原子）で、式（４）のＶが水素原子である場合：フリーデル・クラフツ−アシル化反応を用いることができる。
（ｉｉ）式（３）のＵが水素原子で、式（４）のＶが−ＳＯ２Ｘ（Ｘがハロゲン原子または水酸基）であるか、または、式（３）のＵが−ＳＯ２Ｘ（Ｘがハロゲン原子）で、式（４）のＶが水素原子である場合：フリーデル・クラフツ型スルホニル化反応を用いることができる。
（ｉｉｉ）式（３）のＵが水素原子で、式（４）のＶが−ＣＯＯＨまたは−ＳＯ３Ｈであるか、または、式（３）のＵが−ＣＯＯＨまたは−ＳＯ３Ｈで、式（４）のＶが水素原子である場合：脱水縮合反応を用いることができる。
【００６０】
前記方法（Ｍ２）の具体例を次に示す。すなわち、少なくとも上記一般式（１８）で示されるモノマーを用いて重合させることにより、一般式（１）で示される高分子電解質を製造することができる。
【００６１】
連結基前駆体を連結基に変換するのはいずれの時点でもよいが、好ましくは次の方法が用いられる。すなわち、少なくとも前記一般式（６）で表されるモノマーを重合させるに際し、（ｉ）Ｚ”がスルホン酸基またはその前駆体を有せず、かつ、Ｚ”のＸが電子供与性の連結基前駆体であって、重合後、スルホン酸化を行い、続いて連結基前駆体を電子吸引性の連結基に変換することにより、または、（ｉｉ）Ｚ”がスルホン酸基またはその前駆体を有し、かつ、Ｚ”のＸが、（ｉｉ−１）電子供与性の連結基前駆体である場合には、続いて連結基前駆体を電子吸引性の連結基に変換することにより、（ｉｉ−２）電子吸引性の連結基である場合には、その状態で、一般式（１）で表される繰り返し単位を有する燃料電池用高分子電解質を得る方法である。
【００６２】
【化２４】
［式中、ｋおよびＹは一般式（１）と同様であり、ＷおよびＷ’は水素原子、ハロゲン、−ＣＯＸ（ＸはハロゲンまたはＯＲ（Ｒは水素原子、アルキル基、またはアリール基））、−ＯＨ、−ＳＨ、−ＳＯ2 Ｘ（Ｘは前記のとおり）から選ばれ、同一であっても異なっていても良く、Ｚ”はＸが連結基及び前記の連結基前駆体から選ばれ、Ａｒがスルホン酸基を有していてよいことを除いて一般式（１）のＺと同様である。］
【００６３】
また、本発明の重合体において、繰り返し単位（Ａ）以外の他の繰り返し単位としては、重合できるものであればいずれも用いることができ、下記一般式（２０）で表される繰り返し単位（Ｂ）が好ましく用いられる。
［化２５］
−Ｙ２−Ｐ２− （２０）
式中、Ｙ2 は前記一般式（１１）に示されるものと同様の２価の芳香族残基から選ばれ、当該芳香族残基の水素原子がアルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、またはアリール基で置換されていてもよく、Ｐ2 は−ＣＯ−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ−、−ＳＯ2 −、−ＣＯＯ −、−ＳＯ3 −、−ＣＯＮＨ−、単結合から選ばれ、好ましくは−ＣＯ−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ2 −から選ばれる。］
【００６４】
本発明の好ましい重合体において、繰り返し単位（Ａ）と他の繰り返し単位は、（以下、簡単のため本段落ではＹの側鎖基Ｚを略す）例えば−Ｙ−Ｐ−Ｙ2 −Ｐ2 −Ｙ−Ｐ−のように、ＹまたはＹ2がＰまたはＰ2を介してＹまたはＹ2と結合していればよく、任意の繰返し順序を取ることができる。例えば、−（Ｙ−Ｐ）m −（Ｙ2 −Ｐ2 ）n −［ｍ，ｎは正の整数］のようなブロックポリマーであってもよく、またはランダムポリマーであってもよい。 繰り返し単位（Ａ）と他の繰り返し単位の割合は、繰り返し単位（Ａ）５〜９５モル％、好ましくは１０〜８０モル％、より好ましくは１５〜７５モル％、他の繰り返し単位が９５〜５モル％、好ましくは９０〜２０モル％、より好ましくは８５〜２５モル％である。繰り返し単位（Ａ）以外の他の繰り返し単位が、繰り返し単位（Ｂ）からなる場合、同一種類の繰り返し単位（Ｂ）が用いられても良いし複数の種類の繰り返し単位（Ｂ）が用いられても良い。
【００６５】
以下、前記方法（Ｍ２）として通常用いられる合成法の例を述べる。
［合成方法−１］本発明において、連結基Ｐが単結合である重合体を製造する際の反応として好ましく用いられるのは、遷移触媒を用いた、芳香族ハロゲン化物同士のカップリング反応である。例えば特許文献３および特許文献６に記載された方法を用いることができる。
［合成方法−２］本発明において、連結基Ｐおよび／またはＰ2 が−Ｏ−である重合体を製造する際の反応として好ましく用いられるのは、芳香族ヒドロキシ化合物と芳香族ハロゲン化物の芳香族求核置換反応による芳香族ポリエーテルの合成反応である。
例えば、非特許文献２（高分子学会編「高性能芳香族系高分子材料」丸善株式会社 １９９０年３月３０日 ｐ．１２８〜１３２）に記載された方法を用いることができる。別の方法としては、芳香族ハロゲン化物同士を炭酸塩と触媒の存在下に反応させて芳香族ポリエーテル類を合成する反応を用いることができる。例えば、非特許文献３（Ｆｕｋａｗａら、Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，１９９１年，２４巻 ｐ．３８３８）に記載された方法を用いることができる。
［合成方法−３］本発明において、連結基Ｐおよび／またはＰ2 が−Ｓ−である重合体を製造する際の反応として好ましく用いられるのは、前記合成方法−２における芳香族ヒドロキシ化合物の代わりに芳香族チオール化合物を用いて芳香族ポリスルフィド類を合成する方法である。また、別の方法としては、芳香族ジクロリドと硫化ナトリウムから芳香族ポリスルフィドを合成する反応を用いることができる。例えば、前記非特許文献２のｐ．１３３〜１３４に記載された方法を用いることができる。
［合成方法−４］本発明において、連結基Ｐおよび／またはＰ2 が−ＳＯ2 −である重合体を製造する際の反応として好ましく用いられるのは、上記合成法−３で製造した芳香族スルフィド類を過酸化水素などの酸化剤を用いて酸化する方法である。
また、別の方法としては、水素原子を芳香環に有する芳香族化合物に、芳香族スルホン酸ハライドを親電子置換反応させて芳香族スルホン結合を形成する方法を用いることができる。例えば、前記非特許文献２のｐ．１３２〜１３３に記載された方法を用いることができる。
［合成方法−５］本発明において、連結基Ｐおよび／またはＰ2 が−ＣＯ−である重合体を製造する際の反応として好ましく用いられるのは、フリーデルクラフツ−アシル化反応である。例えば、非特許文献２のｐ．１３２〜１３３に記載された方法を用いることができる。
【００６６】
次に、前記方法（Ｍ２）による好ましい合成法の例を説明する
［重合体の例−１］重合体が繰り返し単位（Ａ）と繰り返し単位（Ｂ）からなり、連結基ＰおよびＰ2 がいずれも−Ｏ−の場合：例えば一般式（２１）に示す繰り返し単位（Ａ）モノマーと、一般式（２２）に示す繰り返し単位（Ｂ）モノマーとの反応、または、一般式（２３）に示す繰り返し単位（Ａ）モノマーと、一般式（２４）に示す繰り返し単位（Ｂ）モノマーとの反応、または、一般式（２５）に示す繰り返し単位（Ａ）モノマーと、一般式（２６）に示す繰り返し単位（Ｂ）モノマーとの反応により、繰り返し単位（Ａ）と繰り返し単位（Ｂ）からなる一般式（２７）で示される重合体を得ることができる。
【００６７】
【化２６】
［式中、Ｘはハロゲン原子を表し、Ｙ 、Ｙ2 、Ｚ”は前記のとおりである。］
【００６８】
【化２７】
【００６９】
なお、式（２２），（２３），（２５），（２６）における酸素原子の代わりにイオウ原子を用いた原料を用いることにより、連結基Ｐ およびＰ2 がいずれも−Ｓ−の重合体を得ることができる。
【００７０】
上記一般式（２１）で表される繰り返し単位（Ａ）モノマーの具体例としては、２，５−ジクロロ−４’−（４−チオフェノキシ−４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノン、２，５−ジブロモ−４’−（４−チオフェノキシ−４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノン、２，５−ジヨード−４’−（４−チオフェノキシ−４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノン、；２，５−ジクロロ−４’−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノン、２，５−ジブロモ−４’−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノン、２，５−ジヨード−４’−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノン；２，５−ジクロロ−４’−チオフェノキシベンゾフェノン、２，５−ジブロモ−４’−チオフェノキシベンゾフェノン、２，５−ジヨード−４’−チオフェノキシベンゾフェノン；２，５−ジクロロ−１−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゼン、２，５−ジブロモ−１−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゼン、２，５−ジヨード−１−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゼン；２，５−ジクロロ−１−（４−チオフェノキシ−４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゼン、２，５−ジブロモ−１−（４−チオフェノキシ−４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゼン、２，５−ジヨード−１−（４−チオフェノキシ−４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゼン；２，５−ジクロロ−４’−（４−ベンゾイル）ベンゾイルベンゾフェノン、２，５−ジブロモ−４’−（４−ベンゾイル）ベンゾイルベンゾフェノン、２，５−ジヨード−４’−（４−ベンゾイル）ベンゾイルベンゾフェノン；２，５−ジクロロ−４’−ベンゾイルベンゾフェノン、２，５−ジブロモ−４’−ベンゾイルベンゾフェノン、２，５−ジヨード−４’−ベンゾイルベンゾフェノン、およびこれらの位置異性体などが挙げられる。
【００７１】
上記一般式（２３）で表される繰り返し単位（Ａ）モノマーの具体例としては、２，５−ジヒドロキシ−４’−（４−チオフェノキシ−４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノン；２，５−ジヒドロキシ−４’−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノン；２，５−ジヒドロキシ−４’−チオフェノキシベンゾフェノン；２，５−ジヒドロキシ−１−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゼン；２，５−ジヒドロキシ−１−（４−チオフェノキシ−４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゼン；２，５−ジヒドロキシ−４’−（４−ベンゾイル）ベンゾイルベンゾフェノン；２，５−ジヒドロキシ−４’−ベンゾイルベンゾフェノンおよびこれらの位置異性体などが挙げられる。
【００７２】
上記一般式（２５）で表される繰り返し単位（Ａ）モノマーの具体例としては、２−クロロ−５−ヒドロキシ−４’−（４−チオフェノキシ−４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノン、２−ブロモ−５−ヒドロキシ−４’−（４−チオフェノキシ−４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノン、２−ヨード−５−ヒドロキシ−４’−（４−チオフェノキシ−４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノン、；２−クロロ−５−ヒドロキシ−４’−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノン、２−ブロモ−５−ヒドロキシ−４’−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノン、２−ヨード−５−ヒドロキシ−４’−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノン；２−クロロ−５−ヒドロキシ−４’−チオフェノキシベンゾフェノン、２−ブロモ−５−ヒドロキシ−４’−チオフェノキシベンゾフェノン、２−ヨード−５−ヒドロキシ−４’−チオフェノキシベンゾフェノン；２−クロロ−５−ヒドロキシ−１−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゼン、２−ブロモ−５−ヒドロキシ−１−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゼン、２−ヨード−５−ヒドロキシ−１−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゼン；２−クロロ−５−ヒドロキシ−１−（４−チオフェノキシ−４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゼン、２，５−ジブロモ−１−（４−チオフェノキシ−４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゼン、２−ヨード−５−ヒドロキシ−１−（４−チオフェノキシ−４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゼン；２−クロロ−５−ヒドロキシ−４’−（４−ベンゾイル）ベンゾイルベンゾフェノン、２−ブロモ−５−ヒドロキシ−４’−（４−ベンゾイル）ベンゾイルベンゾフェノン、２−ヨード−５−ヒドロキシ−４’−（４−ベンゾイル）ベンゾイルベンゾフェノン；２−クロロ−５−ヒドロキシ−４’−ベンゾイルベンゾフェノン、２−ブロモ−５−ヒドロキシ−４’−ベンゾイルベンゾフェノン、２−ヨード−５−ヒドロキシ−４’−ベンゾイルベンゾフェノン、およびこれらの位置異性体などが挙げられる。
【００７３】
上記一般式（２２）で表される繰り返し単位（Ｂ）モノマーの具体例としては、４，４′−ジヒドロキシベンゾフェノン、２，４′−ジヒドロキシベンゾフェノン、３，３′−ジヒドロキシベンゾフェノン；４，４′−ジヒドロキシジフェニルエーテル、２，４′−ジヒドロキシジフェニルエーテル、３，３′−ジヒドロキシジフェニルエーテル；４，４′−ジヒドロキシジフェニルチオエーテル、２，４′−ジヒドロキシジフェニルチオエーテル、３，３′−ジヒドロキシジフェニルチオエーテル；２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス（３−ヒドロキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン；ビス（ヒドロキシフェニル）ジフルオロメタン；４−ヒドロキシ安息香酸−４−ヒドロキシフェニル、４−ヒドロキシ安息香酸−３−ヒドロキシフェニル、３−ヒドロキシ安息香酸−３−ヒドロキシフェニル、３−ヒドロキシ安息香酸−４−ヒドロキシフェニル；ビス（４−ヒドロキシフェニル）スルホキシド、ビス（３−ヒドロキシフェニル）スルホキシド；ビス（４−ヒドロキシフェニル）スルホン、ビス（３−ヒドロキシフェニル）スルホン；２，５−ジヒドロキシ４′−フェノキシベンゾフェノン、ｐ−ジヒドロキシベンゼン、２，５−ジヒドロキシトルエン、２，５−ジヒドロキシｐ−キシレン、２，５−ジヒドロキシベンゾトリフルオライド、１，４−ジヒドロキシ２，３，５，６−テトラフルオロベンゼン；４，４′−ジヒドロキシビフェニル；ｍ−ジヒドロキシベンゼン、２，４−ジヒドロキシトルエン、３，５−ジヒドロキシトルエン、２，６−ジヒドロキシトルエンなどが挙げられる。
【００７４】
上記一般式（２４）で表される繰り返し単位（Ｂ）モノマーの具体例としては、４，４′−ジクロロベンゾフェノン、２，４′−ジクロロベンゾフェノン、３，３′−ジクロロベンゾフェノン、４，４′−ジブロモベンゾフェノン、２，４′−ジブロモベンゾフェノン、３，３′−ジブロモベンゾフェノン、４，４′−ジヨードベンゾフェノン、２，４′−ジヨードベンゾフェノン、３，３′−ジヨードベンゾフェノン；４，４′−ジクロロジフェニルエーテル、２，４′−ジクロロジフェニルエーテル、３，３′−ジクロロジフェニルエーテル、４，４′−ジブロモジフェニルエーテル、２，４′−ジブロモジフェニルエーテル、３，３′−、ジブロモジフェニルエーテル、４，４′−ジヨードジフェニルエーテル、２，４′−ジヨードジフェニルエーテル、３，３′−ジヨードジフェニルエーテル；４，４′−ジクロロジフェニルチオエーテル、２，４′−ジクロロジフェニルチオエーテル、３，３′−ジクロロジフェニルチオエーテル、４，４′−ジブロモジフェニルチオエーテル、２，４′−ジブロモジフェニルチオエーテル、３，３′−、ジブロモジフェニルチオエーテル、４，４′−ジヨードジフェニルチオエーテル、２，４′−ジヨードジフェニルチオエーテル、３，３′−ジヨードジフェニルチオエーテル：
２，２−ビス（４−クロロフェニル）ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス（３−クロロフェニル）ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス（４−ブロモフェニル）ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス（３−ブロモフェニル）ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス（４−ヨードフェニル）ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス（３−ヨードフェニル）ヘキサフルオロプロパン；ビス（クロロフェニル）ジフルオロメタン、ビス（ブロモフェニル）ジフルオロメタン、ビス（ヨードフェニル）ジフルオロメタン；４−クロロ安息香酸−４−クロロフェニル、４−クロロ安息香酸−３−クロロフェニル、３−クロロ安息香酸−３−クロロフェニル、３−クロロ安息香酸−４−クロロフェニル、４−ブロモ安息香酸−４−ブロモフェニル、４−ブロモ安息香酸−３−ブロモフェニル、３−ブロモ安息香酸−３−ブロモフェニル、３−ブロモ安息香酸−４−ブロモフェニル；ビス（４−クロロフェニル）スルホキシド、ビス（３−クロロフェニル）スルホキシド、ビス（４−ブロモフェニル）スルホキシド、ビス（３−ブロモフェニル）スルホキシド、ビス（４−ヨードフェニル）スルホキシド、ビス（３−ヨードフェニル）スルホキシド；
ビス（４−クロロフェニル）スルホン、ビス（３−クロロフェニル）スルホン、ビス（４−ブロモフェニル）スルホン、ビス（３−ブロモフェニル）スルホン、ビス（４−ヨードフェニル）スルホン、ビス（３−ヨードフェニル）スルホン；２，５−ジクロロ−４′−フェノキシベンゾフェノン、ｐ−ジクロロベンゼン、ｐ−ジブロモベンゼン、ｐ−ジヨードベンゼン、２，５−ジクロロトルエン、２，５−ジブロモトルエン、２，５−ジヨードトルエン、２，５−ジクロロ−ｐ−キシレン、２，５−ジブロモ−ｐ−キシレン、２，５−ジヨード−ｐ−キシレン、２，５−ジクロロベンゾトリフルオライド、２，５−ジブロモベンゾトリフルオライド、２，５−ジヨードベンゾトリフルオライド、１，４−ジクロロ−２，３，５，６−テトラフルオロベンゼン、１，４−ジブロモ−２，３，５，６−テトラフルオロベンゼン、１，４−ジヨード−２，３，５，６−テトラフルオロベンゼン；
４，４′−ジクロロビフェニル、４，４′−ジブロモビフェニル、４，４′−ジヨードビフェニル、４，４′−ジブロモオクタフルオロビフェニル；ｍ−ジクロロベンゼン、ｍ−ジブロモベンゼン、ｍ−ジヨードベンゼン、２，４−ジクロロトルエン、２，４−ジブロモトルエン、２，４−ジヨードトルエン、３，５−ジクロロトルエン、３，５−ジブロモトルエン、３，５−ジヨードトルエン、２，６−ジクロロトルエン、２，６−ジブロモトルエン、２，６−ジヨードトルエン、１，３−ジブロモ−２，４，５，６−テトラフルオロベンゼンなどが挙げられる。なお、上記具体例において、一般式（１５）における二つのＸのうち一つをフッ素原子に置換したものも好ましく用いることができる。
【００７５】
上記一般式（２６）で表される繰り返し単位（Ｂ）モノマーの具体例としては、上記一般式（１５）で表される繰り返し単位（Ｂ）モノマーの具体例における、非フッ素ハロゲン原子の一つを水酸基で置換した構造およびその位置異性体が挙げられる。
【００７６】
重合体が繰り返し単位（Ａ）と繰り返し単位（Ｂ）からなり、連結基Ｐ およびＰ2 がいずれも−Ｏ−の場合の合成例を以下に具体的に例示する。繰り返し単位（Ａ）のモノマーとして２，５−ジクロロ−４’−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノンを用い、繰り返し単位（Ｂ）のモノマーとしてｐ，ｐ’−ジヒドロキシベンゾフェノンを用いる。両者を炭酸カリウムの存在下で共重合し、次いで、スルホン酸化剤を用いて、スルホン酸化した後に、スルフィド結合を酸化剤を用いて酸化してスルホンへ転化することで、連結基Ｐ ＝Ｏ、Ｐ2 ＝Ｏの下記（２８）式に示すポリマー（Ｑ＝−ＣＯ−）のスルホン酸化物が高分子電解質として得られる。
【００７７】
【化２８】
［式中、Ｚ”は側鎖基を示す。］
【００７８】
同様にして、Ｑが−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ2 −、−ＣＲ12−（Ｒ1 は水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基から選ばれる）または単結合であるポリマーを合成することができる。
【００７９】
［重合体の例−２］重合体が繰り返し単位（Ａ）と繰り返し単位（Ｂ）からなり、連結基Ｐ およびＰ2 がいずれも単結合の場合：一般式（２９）に示す、繰り返し単位（Ａ）モノマーと、一般式（３０）に示す、繰り返し単位（Ｂ）モノマーとの反応により、繰り返し単位（Ａ）と繰り返し単位（Ｂ）からなる、一般式（３１）で示される重合体を得ることができる。一般式（２９）で表される繰り返し単位（Ａ）モノマーの具体例としては、一般式（２１）に対する具体例と同様の化合物が挙げられる。一般式（３０）で表される繰り返し単位（Ｂ）モノマーの具体例としては、一般式（２４）に対する具体例と同様の化合物が挙げられる。
【００８０】
【化２９】
［式中、Ｘ、Ｘ’は互いに同一であっても異なっていても良いハロゲン原子を表し、Ｙ 、Ｙ2 、Ｚは前記のとおりである。］
【００８１】
【化３０】
【００８２】
重合体が繰り返し単位（Ａ）と繰り返し単位（Ｂ）からなり、連結基Ｐ およびＰ2 がいずれも単結合の場合の例を以下に具体的に例示する。繰り返し単位（Ａ）のモノマーとして２，５−ジクロロ−４’−チオフェノキシベンゾフェノンを用い、繰り返し単位（Ｂ）のモノマーとしてｐ，ｐ’−ジクロロジフェニルスルホンを用いる。両者を、遷移金属化合物を含む触媒の存在下で共重合し、次いで、スルホン酸化剤を用いて、スルホン酸化した後に、スルフィド結合を酸化剤を用いて酸化してスルホンへ転化することで、連結基Ｐ ＝単結合、Ｐ2 ＝単結合の下記（３２）式に示すポリマー（Ｑ＝−ＳＯ2 −）のスルホン酸化物が高分子電解質として得られる。
【００８３】
【化３１】
［式中、Ｚ”は側鎖基を示す。］
【００８４】
［重合体の例−３］重合体が繰り返し単位（Ａ）と繰り返し単位（Ｂ）からなり、連結基Ｐ およびＰ2 がいずれも−ＣＯ−の場合：例えば一般式（３３）に示す、繰り返し単位（Ａ）モノマーと、一般式（３４）に示す、繰り返し単位（Ｂ）モノマーとの反応、または、一般式（３５）に示す、繰り返し単位（Ａ）モノマーと、一般式（３６）に示す、繰り返し単位（Ｂ）モノマーとの反応により、繰り返し単位（Ａ）と繰り返し単位（Ｂ）からなる、一般式（３７）で示される重合体を得ることができる。なお、式（３４），（３５）におけるＣＯの代わりにＳＯ2 を用いた原料を使用することにより、連結器Ｐ およびＰ2 がいずれも−ＳＯ2 −の重合体が得られる。［式中、Ｘはハロゲン原子を表し、Ｙ 、Ｙ2 、Ｚは前記のとおりである。］
【００８５】
【化３２】
【００８６】
【化３３】
【００８７】
上記一般式（３３）で表される繰り返し単位（Ａ）モノマーの具体例としては、 上記一般式（２１）で表される繰り返し単位（Ａ）モノマーの具体例における、−Ｘを水素原子で置換した構造のものおよびその位置異性体が挙げられる。
上記一般式（３５）で表される繰り返し単位（Ａ）モノマーの具体例としては、上記一般式（２１）で表される繰り返し単位（Ａ）モノマーの具体例における、−Ｘを−ＣＯＸ（Ｘはハロゲン原子を示す）で置換した構造のものおよびその位置異性体が挙げられる。
上記一般式（３４）で表される繰り返し単位（Ｂ）モノマーの具体例としては、上記一般式（２４）で表される繰り返し単位（Ｂ）モノマーの具体例における、−Ｘを−ＣＯＸ（Ｘはハロゲン原子を示す）で置換した構造のものおよびその位置異性体が挙げられる。
上記一般式（３６）で表される繰り返し単位（Ｂ）モノマーの具体例としては、上記一般式（２４）で表される繰り返し単位（Ｂ）モノマーの具体例における、Ｘを水素原子で置換した構造のものが挙げられる。
【００８８】
重合体が繰り返し単位（Ａ）と繰り返し単位（Ｂ）からなり、連結基Ｐ およびＰ2 がいずれも−ＣＯ−の場合の合成例を以下に具体的に例示する。繰り返し単位（Ａ）のモノマーとして２−［４−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾイル］テレフタルクロリドを用い、繰り返し単位（Ｂ）のモノマーとしてジフェニルエーテルを用いる。両者を塩化アルミニウム等のフリーデルクラフツ触媒の存在下で共重合し、次いで、スルホン酸化剤を用いて、スルホン酸化した後に、スルフィド結合を酸化剤を用いて酸化してスルホンへ転化することで、連結基Ｐ ＝ＣＯ、Ｐ2 ＝ＣＯの下記（３８）式に示すポリマー（Ｑ＝−Ｏ−）のスルホン酸化物が高分子電解質として得られる。
【００８９】
【化３４】
［式中、Ｚ”は側鎖基を示す。］
【００９０】
同様にして、Ｑが−ＣＯ−、−Ｓ−、−ＳＯ2 −、−ＣＲ12−（Ｒ1 は水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基から選ばれる）または単結合であるポリマーを合成することができる。
【００９１】
［重合体の例−４］重合体が繰り返し単位（Ａ）と複数の繰り返し単位（Ｂ）からなり、連結基Ｐ が単結合、連結基Ｐ2 が−Ｏ−の場合：例えば一般式（３９）に示す、繰り返し単位（Ａ）モノマーと、一般式（４０）および一般式（４１）に示す、繰り返し単位（Ｂ）モノマーとの反応により、繰り返し単位（Ａ）と２種類の繰り返し単位（Ｂ）からなる、一般式（４２）で示される重合体を得ることができる。
【００９２】
【化３５】
［式中、Ｘ、Ｘ’、Ｘ’’はハロゲン原子を表し互いに異なっていても同一でも良く、Ｙ2 ’はＹ2 と同様の基であり、Ｙ 、Ｙ2 、Ｚは前記のとおりである。］
【００９３】
【化３６】
【００９４】
上記一般式（３９）で表される繰り返し単位（Ａ）モノマーの具体例としては、一般式（２１）に対する具体例と同様の化合物が挙げられる。上記一般式（４０）で表される繰り返し単位（Ｂ）モノマーの具体例としては、一般式（２４）に対する具体例と同様の化合物が挙げられる。上記一般式（４１）で表される繰り返し単位（Ｂ）モノマーの具体例としては、一般式（２２）に対する具体例と同様の化合物が挙げられる。
【００９５】
重合体が繰り返し単位（Ａ）と繰り返し単位（Ｂ）からなり、連結基Ｐ が単結合、連結基Ｐ2 が−Ｏ−の場合の例を以下に具体的に例示する。繰り返し単位（Ａ）のモノマーとして２，５−ジクロロ−４’−チオフェノキシベンゾフェノンを用い、繰り返し単位（Ｂ）のモノマーとして４−クロロフルオロベンゼンと４，４’−ジヒドロキシベンゾフェノンを用いる。まず、４−クロロフルオロベンゼンとビス（４−ヒドロキシフェニル）スルホンを炭酸カリウムの存在下で反応させてビス［４−（４−クロロフェノキシ）フェニル］スルホンを合成する。次にこのものと２，５−ジクロロ−４’−チオフェノキシベンゾフェノンを、遷移金属化合物を含む触媒の存在下で共重合し、次いで、スルホン酸化剤を用いて、スルホン酸化した後に、スルフィド結合を酸化剤を用いて酸化してスルホンへ転化することで、連結基Ｐ ＝単結合、Ｐ2 ＝−Ｏ−結合の下記（４３）式に示すポリマー（Ｑ＝−ＳＯ2 −）のスルホン酸化物が高分子電解質として得られる。本発明の重合体において、他の繰り返し単位中の繰り返し単位（Ｂ）の割合は、１０〜１００モル％、好ましくは２０〜１００モル％である。
【００９６】
【化３７】
［式中、Ｚ”は側鎖基を示す。］
【００９７】
本発明の高分子電解質の主鎖に含まれる芳香族残基は少なくとも一つの電子吸引基が結合していることが好ましい。この場合の電子吸引基は、例えば、−ＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−（ＣＦ2 ）p −（ここで、ｐは１〜１０の整数である）、−Ｃ（ＣＦ3 ）2 −、−ＣＯＯ−、−ＳＯ−、−ＳＯ−、−ＳＯ2 −などの２価の基；Ｆ、パーフルオロアルキル、−ＣＮ、−ＮＯ2 、−ＣＯＲ、−ＣＯＯ Ｒ（Ｒは水素、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基、ハロゲン化アリール基から選ばれる）、−ＣＯＮＲＲ’（Ｒ’は前記Ｒと同様の基である。）、−ＳＯ3 Ｒ、−ＳＯＲ、−ＳＯ2 Ｒなどの１価の基が挙げられる。
【００９８】
本発明の高分子電解質の構造例を以下に示す。［式中、Ｚは一般式（１）で表される側鎖を示す。］
【００９９】
【化３８】
【０１００】
【化３９】
【０１０１】
【化４０】
【０１０２】
【化４１】
【０１０３】
本発明の高分子電解質においては、側鎖Ｚにスルホン酸基が存在する。そして、少なくともｎ≧２で、かつ、スルホン酸基が二個以上導入されたＺを有する。なお、Ｚが直鎖状の場合には、同一側鎖の複数のＡｒ基にスルホン酸基が導入されていてもよい。さらに付加的に主鎖がスルホン酸基で置換されてもよい。本発明の製造方法においてスルホン酸基の導入方法は限定されず、例えば（１）重合体をスルホン酸化することにより導入してもよいし、（２）スルホン酸基を含有するモノマーを重合してもよいし、（３）スルホン酸基誘導体、スルホン酸基前駆体から選ばれる基を含有するモノマーを重合した後に当該基をスルホン酸基に変換することによりスルホン酸基を導入することもできる。
【０１０４】
本発明の高分子電解質の製造方法のおいて、スルホン酸基を導入する方法として、スルホン基を含有しない高分子をスルホン酸化することにより導入する場合には、スルホン酸化剤による常法のスルホン酸化を用いることができる。スルホン酸基を導入する方法としては、例えば、上記スルホン酸基を有しない高分子を、無水硫酸、発煙硫酸、クロルスルホン酸、硫酸、亜硫酸水素ナトリウムなどの公知のスルホン酸化剤を用いて、公知の条件でスルホン酸化することができる（本発明において、スルホン酸化とは、−Ｈなる基の水素原子をＳＯ3 Ｈで置換する反応を示す。）。
【０１０５】
このスルホン酸化の反応条件としては、上記スルホン酸基を有しない高分子を、無溶剤下、あるいは溶剤存在下で、上記スルホン酸化剤と反応させる。溶剤としては、例えばｎ−ヘキサンなどの炭化水素系溶剤、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル系溶剤、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシドのような非プロトン系極性溶剤のほか、テトラクロロエタン、ジクロロエタン、クロロホルム、塩化メチレンなどのハロゲン化炭化水素などが挙げられる。反応温度は特に制限はないが、通常、−５０〜２００℃、好ましくは−１０〜１００℃である。また、反応時間は、通常、０．５〜１，０００時間、好ましくは１〜２００時間である。
【０１０６】
このようにして得られる、本発明のスルホン酸基含有重合体中の、スルホン酸基量は、０．５〜５ミリグラム当量／ｇ、好ましくは０．７〜４ミリグラム当量／ｇ、さらに好ましくは０．８〜３ミリグラム当量／ｇである。低いスルホン酸基量では、プロトン伝導性が上がらず、一方、スルホン酸基量が高いと、親水性が向上し、構造によっては水溶性ポリマーとなってしまう。上記のスルホン酸基量は、反応条件（温度、時間）や仕込量（組成）により調整することができる。
【０１０７】
また、このようにして得られる本発明の高分子電解質の、スルホン酸化前またはスルホン酸の前駆体のポリマーの分子量は、ポリスチレン換算重量平均分子量で、１０００〜１００万、好ましくは１万〜１００万、さらに好ましくは２万〜８０万、特に好ましくは３万〜４０万である。１０００未満では、成形フィルムが割れ易く、また強度的性質にも問題がある。一方、１００万を超えると、溶解性が不充分となり、また溶液粘度が高く、加工性が不良になるなどの問題がある。
【０１０８】
次に、本発明の高分子電解質は、上記スルホン酸基含有重合体からなるが、上記スルホン酸基含有重合体以外に、硫酸、リン酸などの無機酸、カルボン酸を含む有機酸、適量の水などを併用しても良い。
【０１０９】
本発明の高分子電解質をフィルム化するには、例えば本発明のスルホン酸基含有重合体を溶剤に溶解したのち、塗布によりフィルム状に成形するキャスト法や、溶融成形法などが挙げられる。ここで、キャスト法における溶剤としては、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシドなどの非プロトン系極性溶剤やメタノールなどのアルコール系溶剤などが挙げられる。
【０１１０】
本発明の高分子電解質の構造は、例えば、赤外線吸収スペクトルや核磁気共鳴スペクトル（１Ｈ−ＮＭＲ、１３Ｃ−ＮＭＲ）により確認することができる。また、組成比は元素分析によっても測定でき、スルホン酸の含量は中和滴定によって測定することができる。
【実施例】
【０１１１】
以下、実施例を挙げ本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例中の各種の測定項目は、下記のようにして求めた。
［重量平均分子量］スルホン酸化前の前駆体ポリマーの数平均分子量，重量平均分子量は、溶媒にテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）を用い、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）によって、ポリスチレン換算の分子量を求めた。
［イオン交換容量］得られたポリマーの水洗水が中性になるまで充分に水洗し、乾燥後、所定量を秤量し、ＴＨＦ／水の混合溶剤に溶解し、フェノールフタレインを指示薬とし、ＮａＯＨの標準液にて滴定し、中和点から、イオン交換容量（スルホン酸化当量）を求めた。
［プロトン伝導度の測定］１００％相対湿度下に置かれた厚み４０〜６０μｍのフィルム状試料を、白金電極に挟み、複素インピーダンス測定を行い、プロトン伝導度を算出した。
［フェントン試験］過酸化水素濃度が３重量％、且つ硫酸第２鉄・７水和物を鉄イオンの濃度が２０ｐｐｍになるようにフェントン試薬を調製した。２５０ｃｃのポリエチレン製容器に２００ｇのフェントン試薬を採取し、３ｃｍ×４ｃｍ、膜厚４０〜６０μｍに切削した高分子電解膜を投入後、密栓後、５０℃の恒温水槽に浸漬させ、６時間のフェントン試験を行った。フェントン試験後、フィルムを取り出し、イオン交換水にて水洗後、２５℃・５０％ＲＨ２４時間保持して調湿を行い、重量測定を行った。フェントン試験における重量保持率は、下記の数式により算出した。
フェントン試験における重量保持率（％）＝（フェントン試験後のフィルム重量／フェントン試験前のフィルム重量）×１００
また、フェントン試験前後のイオン交換容量から、次式によりイオン交換容量保持率を求めた。このイオン交換容量保持率が高いほど脱ＳＯ３性が低いことを示す。
フェントン試験におけるイオン交換容量保持率（％）＝（フェントン試験前のイオン交換容量／フェントン試験後のイオン交換容量）×１００
［実施例１］
【０１１２】
（１）２，５−ジクロロ−４’−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノン［式（４４）］の合成
２，５−ジクロロ−４’−フルオロベンゾフェノン１０．８ｇ（４０ｍｍｏｌ）、４−フェニルスルファニルチオフェノール８．７ｇ（４０ｍｍｏｌ）と炭酸カリウム８．２９ｇ（６０ｍｍｏｌ）をディーンスターク管、冷却管、温度計を備えた三口フラスコにとり、ジメチルアセトアミド５０ｇとトルエン５０ｇの混合溶媒を注ぎ、撹拌した。次いで１３０℃まで昇温し、加熱還流しながら生成する水を除去した。さらにトルエンを系外に除去しながら１５０℃で４時間反応させた。ＴＬＣで反応が終了したことを確認後、室温まで内容物を冷却し、水に注ぎ１時間撹拌した。この混合物溶液中から有機物を分離、さらに酢酸エチルで抽出し、抽出層を水、食塩水で洗浄後、無水硫酸マグネシウムを用いて乾燥した。無機塩を濾別後、溶媒を留去し粗生成物を得た。酢酸エチル：ｎ−ヘキサン＝１：５（容積比）の混合溶媒で再結晶を行い、目的物を収量８５％で得た（１５．８ｇ）。
【０１１３】
【化４２】
【０１１４】
（２）ビス［４−［４−（４−クロロフェニルスルホニル）フェノキシ］フェニル］スルホンの合成
（２−１）４−クロロフェニル−４’−フルオロフェニルスルホンの合成
フルオロベンゼン１９２ｇ（２．０ｍｏｌ）と塩化アルミニウム６９．５ｇ（５２０ｍｍｏｌ）を、温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに入れ、窒素置換した。氷水で１０℃に冷却しながら、メカニカルスターラーにて撹拌した。４−クロロベンゼンスルホニルクロライド８４．４ｇ（４００ｍｍｏｌ）を滴下ろうとで３０分かけて滴下し、室温で４時間撹拌した。反応混合物を、濃塩酸：氷＝１：１０水溶液に投入し、１時間撹拌した。酢酸エチルで抽出し、有機層を５％炭酸水素ナトリウム水溶液、水、飽和食塩水で洗浄した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥後、酢酸エチルを減圧留去し、ヘキサン: 酢酸エチル混合溶媒で再結晶した。目的物が生成しているのをＮＭＲおよびＩＲスペクトルで確認した。収率８５％（９２．０ｇ）。
（２−２）ビス［４−［４−（４−クロロフェニルスルホニル）フェノキシ］ フェニル］スルホン［式（４５）］の合成
ビス（４−ヒドロキシフェニル）スルホン（ビスフェノールＳ）２５．０ｇ（１００ｍｍｏｌ）と炭酸カリウム３０．４ｇ（２２０ｍｍｏｌ）、ジメチルアセトアミド１００ｍｌ、トルエン５０ｍｌを、温度計、Ｄｅａｎ−Ｓｔａｒｋ管、還流管、三方コックをつけた三口フラスコに入れ、窒素置換した。オイルバスで１３０℃に昇温しながら撹拌し、反応により生成する水とトルエンを共沸させ、Ｄｅａｎ−Ｓｔａｒｋ管で除去した。水の生成が見られなくなったら、１５０℃まで昇温し、トルエンを留去した。反応溶液を８０℃まで冷却した後、４−クロロフェニル−４’−フルオロフェニルスルホン６７．６ｇ（２５０ｍｍｏｌ）を入れ、１１０℃で７ｈ撹拌した。副生成物である無機塩を濾過除去した後、濾液をメタノール５００ｍｌに投入して沈殿物をろ過し、トルエンにて再結晶した。目的物が生成しているのをＮＭＲおよびＩＲスペクトルで確認した。収率７１％（５１．０ｇ）。
【０１１５】
【化４３】
【０１１６】
（３）高分子電解質の合成
（３−１）重合
上記で得られたビス［４−［４−（４−クロロフェニルスルホニル）フェノキシ］フェニル］スルホン２５．１７ｇ（３５．０ｍｍｏｌ）、２，５−ジクロロ−４’−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノン１６．３ｇ（３５．０ｍｍｏｌ）、ビス（トリフェニルホスフィン）ニッケルジクロリド１．４３ｇ（２．２ ｍｍｏｌ）、よう化ナトリウム１．３７ｇ（９．１４ｍｍｏｌ）、トリフェニルホスフィン７．７３ｇ（２９．５ｍｍｏｌ）、亜鉛末１１．３ｇ（１７２ｍｍｏｌ）を反応容器に入れ、乾燥窒素で系内を置換した。Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）０．２リットルを加え、８０℃に加熱し、４時間攪拌することで重合をおこなった。重合後の反応溶液をテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）で希釈し、塩酸とメタノールの混合液を投入することでポリマーを回収し、次いでメタノール洗浄を４回繰り返し、ＴＨＦに溶解させたポリマーをメタノールで再沈殿させることにより精製し、濾別したポリマーを真空乾燥して、所望の重合体３４．７ｇ（９５％）を得た。ＧＰＣ（ＴＨＦ）で求めたポリスチレン換算の数平均分子量は４０，０００、重量平均分子量は１４５，０００であった。
【０１１７】
（３−２）重合体のスルホン酸化
上記で得られた重合体２０．０ｇを０．５リットルの反応溶液に入れ、９６％硫酸０．２５リットルを加え、窒素下室温で２日間攪拌を続けた。得られた溶液を５リットルのイオン交換水の中に注ぎ入れることでポリマーを沈殿させた。洗浄液のｐＨが５になるまでポリマーの水洗を繰り返した。乾燥して、２３．７ｇ（９５％）のスルホン酸化重合体を得た。
【０１１８】
（３−３）スルホン酸化重合体の酸化
上記で得られたスルホン酸化重合体２０．０ｇを２リットルのガラス反応容器へ入れ酢酸を０．８リットル、および３４％過酸化水素水溶液２００ｇを加え、攪拌しながら徐々に昇温し、９０℃で６時間反応を続けた。反応後、放冷し、ポリマーを濾別水洗後、真空乾燥して、所望の高分子電解質［式（４６）のスルホン酸化物］１９．６ｇ（９２％）を得た。構造解析により、スルホン酸基が側鎖当たり複数個側鎖に導入されていることを確認した。
【０１１９】
【化４４】
（４）高分子電解質膜としての評価
上記の高分子電解質の固形分量が３０ｗｔ％となるように、高分子電解質１５ｇおよびＮＭＰをフラスコに入れて、攪拌しながら８０℃で加熱溶解させてポリマーワニスを得た。バーコーター（２００μｍ用）を用い、ガラス基板上に貼り付けたＰＥＴ薄膜上に塗布後、乾燥器にて８０℃、０．５時間予備乾燥させ、塗膜をＰＥＴ薄膜から剥がした。剥がした塗膜を真空乾燥器で１００℃、３時間乾燥した。さらに、塗膜重量の１，０００倍量のイオン交換水中に室温で２日間浸漬させることで、ＮＭＰを除去したフィルムを得た。次に、フィルムを２５℃・５０％ＲＨ環境に２４時間静置することで調湿後、各種物性測定を行った。結果を表２に示す。得られた高分子電解質フィルムはフェントン試験に高い耐性を示し、高いプロトン伝導性を示した。この結果は、本発明の高分子電解質が、燃料電池用電解質材料として必要な、高い耐酸化性と高プロトン伝導性及び低脱ＳＯ３性を兼ね備えていることを示す。
［実施例２］
【０１２０】
（１）２，５−ジクロロ−４’−チオフェノキシベンゾフェノン［式（４７）］の合成
４−フェニルスルファニルチオフェノールの代わりにチオフェノール４．４ ｇ（４０ｍｍｏｌ）を用いたほかは、実施例１の２，５−ジクロロ−４’−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノンの合成と同様の方法を用いて目的物を収率８３％で得た（１１．９ｇ）。
【０１２１】
【化４５】
（２）４，４’−ビス［４−（４−クロロベンゾイル）フェノキシ］ベンゾフェノンの合成
（２−１）４−クロロ−４’−フルオロベンゾフェノンの合成
４−クロロベンゼンスルホニルクロライドの代わりに４−クロロベンゾイルクロライド７０．０ｇ（４００ｍｍｏｌ）を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、所望の化合物を得た。ＮＭＲおよびＩＲスペクトルで構造を確認した。収率７９％（７４．１ｇ）。
（２−２）４，４’−ビス［４−（４−クロロベンゾイル）フェノキシ］ベンゾフェノン［式（４８）］の合成
ビス（４−ヒドロキシフェニル）スルホンの代わりに４−クロロ−４’−フルオロベンゾフェノン５８．６ｇ（２５０ｍｍｏｌ）を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、所望の化合物を得た。ＮＭＲおよびＩＲスペクトルで構造を確認した。収率７５％（４８．２ｇ）。
【０１２２】
【化４６】
【０１２３】
（３）高分子電解質の合成
（３−１）重合
ビス［４−［４−（４−クロロフェニルスルホニル）フェノキシ］フェニル］スルホンの代わりに、上記で得られた４，４’−ビス［４−（４−クロロベンゾイル）フェノキシ］ベンゾフェノン２２．５ｇ（３５．０ｍｍｏｌ）を用い、２，５−ジクロロ−４’−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノンの代わりに２，５−ジクロロ−４’−チオフェノキシベンゾフェノン１２．６ｇ（３５．０ｍｍｏｌ）を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、所望の重合体３０．６ｇ（９４％）を得た。数平均分子量は４４，０００、重量平均分子量は１５０，０００ であった。
（３−２）重合体のスルホン酸化
上記で得た重合体を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、スルホン酸化重合体を得た（収率９６％）。
（３−３）スルホン酸化重合体の酸化
上記で得たスルホン酸化重合体を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、所望の高分子電解質［式（４９）のスルホン酸化物］（９２％）を得た。構造解析により、スルホン酸基が側鎖当たり２．６個側鎖に導入されていることを確認した。
【０１２４】
【化４７】
【０１２５】
（４）高分子電解質膜としての評価
上記で得た高分子電解質［式（４９）］を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、調湿した高分子電解質フィルムを得、各種物性測定を行った。結果を表２に示す。得られた高分子電解質フィルムはフェントン試験に高い耐性を示し、高いプロトン伝導性及び低脱ＳＯ３性を示した。
［実施例３］
【０１２６】
（１）２，５−ジクロロフェニル−４’−チオフェニルベンゼンスルフィド［ 式（５０）］の合成
窒素下で撹拌されているキノリン（０．５リットル）と１，２，４−トリクロロベンゼン３６ｇ（０．２ｍｏｌ）中に、ナトリウム４−フェニルスルファニルチオフェノラート１２０ｇ（０．５ｍｏｌ）を加えた。攪拌しながら昇温し反応温度１６０℃で３時間撹拌した。反応混合物を水に注ぎ、ジイソプロピルエーテルで抽出後、溶媒を除去すると目的物が得られた。収率９０％（６５．３ｇ）。
【０１２７】
【化４８】
（２）高分子電解質の合成
（２−１）重合
ビス（４−ヒドロキシフェニル）スルホン２５．０ｇ（１００ｍｍｏｌ）、炭酸カリウム３０．４ｇ（２２０ｍｍｏｌ）、ジメチルアセトアミド０．１リットルおよびトルエン０．０５リットルを、温度計、ディーンスターク管、還流管、三方コックを付けた三口フラスコへ入れ、窒素置換した。１３０℃の油浴で加熱しながら攪拌し、反応により生成する水をトルエンで共沸させてディーンスターク管で反応系から分離した。水が生成しなくなった時点で油浴温度を１５０℃としトルエンを留去した。反応溶液を８０℃まで冷却した後、２，５−ジクロロフェニル−４’−チオフェニルベンゼンスルフィド３６．３ｇ（１００ ｍｍｏｌ）を入れ、油浴温度１５０℃で２０時間攪拌した。副生物である無機塩を濾過分離した後、濾液をメタノール２リットルに投入して沈殿物を濾過し、メタノールで洗浄後、真空乾燥することで目的の重合体を得た（収率８７％）。数平均分子量は４８，０００、重量平均分子量は１５０，０００であった。
（２−２） 重合体のスルホン酸化
上記で得た重合体を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、スルホン酸化重合体を得た（収率９５％）。
（３−３）スルホン酸化重合体の酸化
上記で得たスルホン酸化重合体を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、所望の高分子電解質［式（５１）のスルホン酸化物］（９４％）を得た。構造解析により側鎖当たり２．１個のスルホン酸基が側鎖に導入されていることを確認した。
【０１２８】
【化４９】
【０１２９】
（４）高分子電解質膜としての評価
上記で得た高分子電解質［式（５１）］を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、調湿した高分子電解質フィルムを得、各種物性測定を行った。結果を表２に示す。得られた高分子電解質フィルムはフェントン試験に高い耐性を示し、高いプロトン伝導性及び低脱ＳＯ３性を示した。
［実施例４］
【０１３０】
（１）高分子電解質の合成
（１−１）重合
ビス（４−ヒドロキシフェニル）スルホンの代わりに４，４ ’−ジヒドロキシベンゾフェノンを使用し、２，５−ジクロロフェニル−４’−チオフェニルベンゼンスルフィドの代わりに２，５−ジクロロ−４’−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノンを用いたほかは実施例３の重合と同様の方法で目的の重合体を得た（収率９２％）。数平均分子量は５１，０００、重量平均分子量は１６０，０００であった。
（１−２）重合体のスルホン酸化
上記で得た重合体を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、スルホン酸化重合体を得た（収率９５％）。
（１−３）スルホン酸化重合体の酸化
上記で得たスルホン酸化重合体を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、所望の高分子電解質［式（５２）のスルホン酸化物］（９２％）を得た。構造解析により、側鎖当たり１．９個のスルホン酸基が側鎖に導入されていることを確認した。
【０１３１】
【化５０】
【０１３２】
（２）高分子電解質膜としての評価
上記で得た高分子電解質［式（５２）のスルホン化物］を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、調湿した高分子電解質フィルムを得、各種物性測定を行った。結果を表２に示す。得られた高分子電解質フィルムはフェントン試験に高い耐性を示し、高いプロトン伝導性を示した。
［比較例１］
【０１３３】
ポリエーテルエーテルケトン（ＩＣＩ社）を実施例１と同様の方法でスルホン酸化し、得られたスルホン酸化ポリエーテルエーテルケトン［Ｓ−ＰＥＥＫ、式（５３）］の高分子電解質膜としての評価を行った。結果を表２に示す。
【０１３４】
【化５１】
［比較例２］
【０１３５】
特開２００３−２０１４０３号公報の参考例２に記載の方法で下式（５４）に示すポリマーＢのスルホン酸化物を得、このものの高分子電解質膜としての評価を行った。結果を表２に示す。
【０１３６】
【化５２】
（但し、ｊ／ｋ＝６．９であり、ｎは５．５である。）
【０１３７】
【表２】
[実施例５]
【０１３８】
（１） ４−（４’−スルホニルフェニルチオ）ベンゼンスルホニルクロライド［式（５５）］の合成
【０１３９】
【化５３】
【０１４０】
温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコにジフェニルスルフィド２０．０ｇ（１０８ ｍｍｏｌ）とクロロホルム ３５ｍｌを入れ、乾燥窒素で系内を置換した。この溶液を氷水で５℃に冷却し、クロロ硫酸 ２５．１ｇ（２１５ｍｍｏｌ）をゆっくり滴下した。反応溶液を５℃、３時間撹拌すると、白色固体が析出してきた。薄層クロマトグラフィーにて、全てのジフェニルスルフィドが反応したことを確認したあと、塩化チオニル２５．６ｇ（２１５ｍｍｏｌ）をゆっくり滴下した。９０分還流したあと、溶媒のクロロホルムを留去し、真空乾燥した。収率：９６％（３７．８ｇ）
【０１４１】
（２）ポリエーテルスルホンへの４−（４’−スルホニルフェニルチオ）ベンゼンスルホニルクロライド［式（５５）］の導入反応
【０１４２】
【化５４】
【０１４３】
ポリエーテルスルホン（ソルベイアドバンストポリマーズ社製、Ｒａｄｅｌ Ａ−２００）２．０ｇ、ニトロベンゼン３０ｍｌを反応容器に入れ、６０℃で加熱溶解しながら乾燥窒素で系内を置換した。このポリマー溶液に４−（４’−スルホニルフェニルチオ）ベンゼンスルホニルクロライド［式（５５）］ ６．２８ｇ（１７．２４ｍｍｏｌ）を入れ、溶解させた。この溶液に塩化アルミニウム２．５４ｇ（１８．８０ｍｍｏｌ）を少量ずつ加え、８０℃、２０時間で撹拌した。反応溶液をメタノール：塩酸＝１０：１混合溶液 ５００ｍｌに投入し、析出した固体を粉砕しながら撹拌した。この固体をろ過したあと、メタノールで数回洗浄し、８０℃で真空乾燥した。収量は２．２２ｇであった。
（３）上記で得た固体（式（５６））を用いた他は実施例１と同様の方法でスルホン酸化を行った。
【０１４４】
（４）酸化反応［式（５７）の合成］
温度計をつけた二口フラスコに側鎖導入反応した式（５６）記載のポリマー１．０ｇと酢酸２０ｍｌを入れた。この混合物に３０％過酸化水素水１０００ｍｇ（９．０ｍｍｏｌ）を加え、３時間還流した。系内の固体を吸引ろ過して水洗し、１００℃にて真空乾燥した。ＮＭＲ、ＩＲより側鎖のスルフィドがスルホンに変換していることを確認した。また、側鎖当たり複数のスルホン酸基が側鎖に導入されていることを確認した。収量は８８０ｍｇであった。
上記で得た高分子電解質［式（５７）］を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、調湿した高分子電解質フィルムを得、各種物性測定を行った。結果を表３に示す。得られた高分子電解質フィルムはフェントン試験に高い耐性を示し、高いプロトン伝導性及び低脱ＳＯ３性を示した。
【０１４５】
【化５５】
［比較例３］
【０１４６】
式（５７）で示されるポリマーを用いる他は、実施例５と同様にして、物性測定を行った。結果を表３に示す。この結果を実施例５と比較すると、実施例５においては、側鎖ベンゼン環の連結基が全て電子吸引基である−ＳＯ２−基になることにより、電子供与基である−Ｓ−基を側鎖連結基として有する比較例３の電解質より耐酸化性が高く、かつ、プロトン伝導性も優れ、かつ、脱ＳＯ３性も低いことがわかる。
[実施例６]
【０１４７】
（１）ポリエーテルスルホンへの４−（４’−スルホニルフェニルチオ）ベンゼンスルホニルクロライド［式（５５）］の導入反応（２）
撹拌温度を９０℃、撹拌時間を４０時間にした以外は実施例１−（２）記載と同様の方法にて合成した。
（２）酸化反応
実施例１−（３）記載と同様の方法にて酸化反応を行った。得られた電解質を用いたほかは、実施例５と同様の方法で物性測定を行った。結果を表３に示す。得られた電解質フィルムはフェントン試験に高い耐性を示し、高プロトン伝導性及び低脱ＳＯ３性を示した。
[実施例７]
【０１４８】
（１） ポリエーテルエーテルスルホンへの４−（４’−スルホニルフェニルチオ）ベンゼンスルホニルクロライド［式（５５）］の導入反応
【０１４９】
【化５６】
【０１５０】
ポリエーテルエーテルスルホン（Aldrich製）３．０ｇ、ニトロベンゼン６０ｍｌを反応容器に入れ、６０℃で加熱溶解しながら乾燥窒素で系内を置換した。このポリマー溶液に４−（４’−スルホニルフェニルチオ）ベンゼンスルホニルクロライド［式（５５）］３．５０ｇ（３７ｍｍｏｌ）を入れ、溶解させた。この反応溶液に塩化アルミニウム５．４４ｇ（４０．８ｍｍｏｌ）を少量ずつ加え、９０℃、４０時間で撹拌した。反応溶液をメタノール：塩酸＝１０：１混合溶液 ５００ｍｌに投入し、析出した固体を粉砕しながら撹拌した。この固体をろ過したあと、メタノールで数回洗浄し、８０℃で真空乾燥して、収量が４．３６ｇのポリマー（式（５８））を得た。
（２）上記で得たポリマー（式（５８））を用いたほかは実施例１と同様の方法を用いてスルホン酸化を行った。
【０１５１】
（３）酸化反応［式（５９）の合成］
実施例１−（３）記載と同様の方法にて酸化反応を行った。側鎖当たり１．６個のスルホン酸基が側鎖に導入されていることを確認した。
上記で得た高分子電解質［式（５９）］を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、調湿した高分子電解質フィルムを得、各種物性測定を行った。結果を表３に示す。得られた高分子電解質フィルムはフェントン試験に高い耐性を示し、高いプロトン伝導性及び低脱ＳＯ３性を示した。
【０１５２】
【化５７】
【０１５３】
【表３】
［実施例８］
【０１５４】
ポリエーテルスルホンへの分岐型側鎖の導入
（１）ビス（チオフェノキシ）ベンゼンスルホニルクロリド（式(６０)）の合成
温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに１，４−ジブロモベンゼン５０ｇ（２１２ｍｍｏｌ）とクロロホルム１６ｍｌを入れ、乾燥窒素で系内を置換した。これに室温でクロロホルム１００ｍｌに溶解したクロロ硫酸２７．２ｇ（２３３ｍｍｏｌ）をゆっくり滴下した。室温にて４時間、さらに冷却管を取り付けてクロロホルム還流下で10時間反応させた。薄層クロマトグラフィーにて全ての１，４−ジブロモベンゼンが反応したことを確認したあと、減圧下クロロホルムとクロロ硫酸を留去し精製してジブロモベンゼンスルホン酸５６．９ｇ（１８０ｍｍｏｌ）を得た（収率８５％）。次にチオフェノール３．５ｇ（７９ｍｍｏｌ）をディーンスターク管、冷却管、温度計を備えた三口フラスコにとり、水酸化カリウム４．５ｇとＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド２５ｍｌ、トルエン２５ｍｌを加えてスターラーで攪拌した。１５０℃まで昇温し、加熱還流しながら生成する水を除去した。これにジブロモベンゼンスルホン酸７．１ｇ（２３ｍｍｏｌ）を加え、１６０℃で４時間反応させた。薄層クロマトグラフィーで反応が終了したことを確認後、この混合物溶液中から有機物を分離、再結晶による精製をして、ビス（チオフェノキシ）ベンゼンスルホン酸７．２ｇを得た（収率８４％）。これを温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに入れ、クロロホルム１００ｍｌを入れて溶解させる。滴下ろうとで塩化チオニル２．１ｇ（２１．２ｍｍｏｌ）をゆっくり滴下し、９０分還流したあと、クロロホルムを留去して真空乾燥し、ビス（チオフェノキシ）ベンゼンスルホニルクロリド（式（６０））６．４ｇを得た（収率８５％）。
【０１５５】
【化５８】
【０１５６】
（２）ポリエーテルスルホンへのビス（チオフェノキシ）ベンゼンスルホニルクロライド（式(６０)）の導入反応
ポリエーテルスルホン（ソルベイアドバンストポリマーズ社製、Ｒａｄｅｌ Ａ−２００）２．０ｇ、ニトロベンゼン３０ｍｌを反応容器に入れ、６０℃で加熱溶解しながら乾燥窒素で系内を置換した。このポリマー溶液にビス（チオフェノキシ）ベンゼンスルホニルクロライド（式（６０））６．７０ｇ（１７．０８ｍｍｏｌ）を入れ、溶解させた。この溶液に塩化アルミニウム２．５４ｇ（１８．９６ｍｍｏｌ）を少量ずつ加え、８０℃、２０時間で撹拌した。反応溶液をメタノール：塩酸＝１０：１混合溶液 ５００ｍｌに投入し、析出した固体を粉砕しながら撹拌した。この固体をろ過したあと、メタノールで数回洗浄し、８０℃で真空乾燥して側鎖導入したポリエーテルスルホン（式（６１））を得た。収量は２．３１ｇであった。
【０１５７】
【化５９】
【０１５８】
（３）側鎖基のスルホン化
温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに側鎖導入した式（６１）記載のポリマー２．００ｇとクロロホルム１６ｍｌを入れ、乾燥窒素で系内を置換した。これに室温でクロロホルム１００ｍｌに溶解したクロロ硫酸４．０ｇ（４０ｍｍｏｌ）をゆっくり滴下した。室温にて４時間、さらに冷却管を取り付けてクロロホルム還流下で10時間反応させた。薄層クロマトグラフィーにて全ての原料ポリマーが反応したことを確認したあと、減圧下クロロホルムとクロロ硫酸を留去し精製して側鎖導入反応したポリエーテルスルホンのスルホン化物（式（６２））２．０３ｇを得た。
【０１５９】
【化６０】
【０１６０】
（４）酸化反応
温度計をつけた二口フラスコに、側鎖導入しスルホン化反応した式（６２）記載のポリマー１．０ｇと酢酸２０ｍｌを入れた。この混合物に３０％過酸化水素水１０００ｍｇ（９ｍｍｏｌ）を加え、３時間還流した。系内の固体を吸引ろ過して水洗し、１００℃にて真空乾燥して最終目的の電解質ポリマー（式（６３））を得た。ＮＭＲ、ＩＲより側鎖のスルフィドがスルホンに変換していることを確認した。収量は０．８７ｇであった。側鎖当たり複数のスルホン酸基が導入されていることを確認した。上記で得た高分子電解質（式（６３））を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、調湿した高分子電解質フィルムを得、各種物性測定を行った。結果を表３に示す。得られた高分子電解質フィルムはフェントン試験に高い耐性を示し、高いプロトン伝導性及び低脱ＳＯ３性を示した。
【０１６１】
【化６１】
［実施例９］
【０１６２】
ポリエーテルスルホンへの長分岐側鎖の導入
（１）４−チオフェノキシベンゼンスルフィドの合成
温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに３−ブロモ−１−フルオロベンゼン５０．０ｇ（２８６ｍｍｏｌ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド３００ｍｌを入れ、ナトリウムチオメチラート２２．０ｇ（３１４ｍｍｏｌ）をＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド１００ｍｌに溶解したものを滴下ろうとでゆっくり滴下し、２０℃で１００時間攪拌して反応させた。薄層クロマトグラフィーにて全ての３−ブロモ−１−フルオロベンゼンが反応したことを確認したあと、この混合物溶液中から有機物を分離、再結晶による精製をして、４−ブロモフェニルメチルスルフィド４９．３ｇ（２４３ｍｍｏｌ）を得た。次に温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに４−ブロモフェニルメチルスルフィド４５．０ｇ（２２２ｍｍｏｌ）、酸化銅１５．５ｇ、ピリジン６０ｍｌキノリン２４０ｍｌを入れ、チオフェノール２６．８ｇ（２４４ｍｍｏｌ）をピリジン２０ｍｌキノリン８０ｍｌに溶解・分散したものを滴下ろうとで加え、１５０℃で４０時間反応させた。薄層クロマトグラフィーで反応が終了したことを確認後、この混合物溶液中から有機物を分離、再結晶による精製をして、４−チオフェノキシフェニルメチルスルフィド ４３．８ｇ（１８９ｍｍｏｌ）を得た。続いて得られた４−チオフェノキシフェニルメチルスルフィド４０．０ｇ（１７２ｍｍｏｌ）とＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド３００ｍｌを温度計、冷却管をつけた三口フラスコに入れ、ナトリウムチオｔ−ブチラート２１．３ｇ（１９０ｍｍｏｌ）をＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド３００ｍｌに溶解したものを滴下ろうとで加え、１５０℃で４時間反応させた。薄層クロマトグラフィーで反応が終了したことを確認後、この混合物溶液中から有機物を分離、再結晶による精製をして、４−チオフェノキシベンゼンスルフィド３２．２ｇ（１４８ｍｍｏｌ）を得た（収率８６％）。
【０１６３】
（２）長分岐型スルフィドの合成
（１）でチオフェノールの代わりに（１）で得た４−チオフェノキシベンゼンスルフィド３０．０ｇ（１３８ｍｍｏｌ）を用いる以外は同様にして、長分岐型スルフィド（式（６４））３１．０ｇを得た（収率８３％）。
【０１６４】
【化６２】
【０１６５】
（３）スルホン化反応
温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに長分岐スルフィド（式（６４））３１．０ｇ（５７．２ｍｍｏｌ）とクロロホルム２００ｍｌを入れ、乾燥窒素で系内を置換した。これに室温でクロロホルム１００ｍｌに溶解したクロロ硫酸７．３４ｇ（６３．０ｍｍｏｌ）をゆっくり滴下した。室温にて４時間、さらに冷却管を取り付けてクロロホルム還流下で１０時間反応させた。薄層クロマトグラフィーにて全ての原料ポリマーが反応したことを確認したあと、減圧下クロロホルムとクロロ硫酸を留去し精製して長分岐スルフィドのスルホン化物（式（６５））３６．１ｇを得た（収率９０％）。
【０１６６】
【化６３】
【０１６７】
（４）酸化反応
温度計をつけた二口フラスコに、長分岐スルフィドのスルホン化物３６．０ｇ（５１．３ｍｍｏｌ）と酢酸２００ｍｌを入れた。この混合物に３０％過酸化水素水１１６ｇ（１．０３ｍｍｏｌ）を加え、３時間還流した。系内の固体を吸引ろ過して水洗し、１００℃にて真空乾燥して長分岐型スルホンのスルホン化物（式（６６））４２．８ｇを得た（収率９５％）。
【０１６８】
【化６４】
【０１６９】
（５）塩素化
長分岐型スルホンのスルホン化物（式（６６））３０．０ｇ（３４．２ｍｍｏｌ）を温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに入れ、クロロホルム１００ｍｌを入れて溶解させる。滴下ろうとで塩化チオニル３．７４ｇ（３７．６ｍｍｏｌ）をゆっくり滴下し、９０分還流したあと、クロロホルムを留去して真空乾燥し、長分岐型スルホンの塩化スルホニル（式（６７））２７．０ｇを得た（収率８８％）。
【０１７０】
【化６５】
【０１７１】
（６）ポリエーテルスルホンへの長分岐型スルホンの塩化スルホニルの導入反応
実施例８の２）でビス（チオフェノキシ）ベンゼンスルホニルクロライドの代わりに長分岐型スルホンの塩化スルホニルを用いる以外は同様にして、長分岐型スルホンの側鎖を有するポリエーテルスルホン（式（６８））を得た。収量は２．０５ｇであった。上記で得た高分子電解質［式（６８）］を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、調湿した高分子電解質フィルムを得、各種物性測定を行った。結果を表３に示す。得られた高分子電解質フィルムはフェントン試験に高い耐性を示し、高いプロトン伝導性及び低脱ＳＯ３性を示した。
【０１７２】
【化６６】
［実施例１０］
【０１７３】
ポリエーテルスルホンへの多分岐側鎖の導入
（１）ビス（３，５−チオフェノキシ）ベンゼンスルフィドの合成
温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに３，５−ジブロモ-1-フルオロベンゼン５０．０ｇ（１９７ｍｍｏｌ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド３００ｍｌを入れ、ナトリウムチオメチラート１５．２ｇ（２１７ｍｍｏｌ）をＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド１００ｍｌに溶解したものを滴下ろうとでゆっくり滴下し、２０℃で４．５日間攪拌して反応させた。薄層クロマトグラフィーにて全ての３，５−ジブロモ-1-フルオロベンゼンが反応したことを確認したあと、この混合物溶液中から有機物を分離、再結晶による精製をして、３，５−ジブロモフェニルメチルスルフィド４８．３ｇ（１７１ｍｏｌ）を得た（収率８７％）。次に温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに３，５−ジブロモフェニルメチルスルフィド４５ｇ（１６０ｍｍｏｌ）、酸化銅２２．４ｇ、ピリジン６０ｍｌキノリン２４０ｍｌを入れ、チオフェノール３８．７ｇ（３５２ｍｍｏｌ）をピリジン２０ｍｌキノリン８０ｍｌに溶解・分散したものを滴下ろうとで加え、１５０℃で４０時間反応させた。薄層クロマトグラフィーで反応が終了したことを確認後、この混合物溶液中から有機物を分離、再結晶による精製をして、ビス（３，５−チオフェノキシ）フェニルメチルスルフィド４５．７ｇ（１３４ｍｍｏｌ）を得た。続いて得られたビス（３，５−チオフェノキシ）フェニルメチルスルフィド４０．０ｇ（１１８ｍｍｏｌ）を温度計、冷却管をつけた三口フラスコに入れ、ナトリウムチオｔ−ブチラート１４．５ｇ（１２９ｍｍｏｌ）をＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド３００ｍｌに溶解したものを滴下ろうとで加え、１５０℃で４時間反応させた。薄層クロマトグラフィーで反応が終了したことを確認後、この混合物溶液中から有機物を分離、再結晶による精製をして、ビス（３，５−チオフェノキシ）ベンゼンスルフィド３３．１ｇ（１０１ｍｍｏｌ）を得た（収率８６％）。
【０１７４】
（２）多分岐型スルフィド(式（６９）)の合成
１）でチオフェノールの代わりに１）で得たビス（３，５−チオフェノキシ）ベンゼンスルフィド３０．０ｇ（９２．０ｍｍｏｌ）を用いる以外は同様にして、多分岐型スルフィド（式（６９））３１．４ｇを得た。（収率９０％）
【０１７５】
【化６７】
【０１７６】
（３）スルホン化反応
温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに多分岐型スルフィド（式（６９））３０．０ｇ（３９．６ｍｍｏｌ）とクロロホルム２００ｍｌを入れ、乾燥窒素で系内を置換した。これに室温でクロロホルム１００ｍｌに溶解したクロロ硫酸５．０７ｇ（４３．５ｍｍｏｌ）をゆっくり滴下した。室温にて４時間、さらに冷却管を取り付けてクロロホルム還流下で10時間反応させた。薄層クロマトグラフィーにて全ての原料スルフィドが反応したことを確認したあと、減圧下クロロホルムとクロロ硫酸を留去し精製して多分岐型スルフィドのスルホン化物（式（７０））３６．３ｇを得た（収率８５％）。
【０１７７】
【化６８】
【０１７８】
（４）酸化反応
温度計をつけた二口フラスコに、多分岐型スルフィドのスルホン化物３６．０ｇ（３３．４ｍｍｏｌ）と酢酸２００ｍｌを入れた。この混合物に３０％過酸化水素水１１４ｇ（１．００ｍｏｌ）を加え、３時間還流した。系内の固体を吸引ろ過して水洗し、１００℃にて真空乾燥して多分岐型スルホンのスルホン化物（式（７１））３９．６ｇを得た（収率９０％）。
【０１７９】
【化６９】
【０１８０】
（５）塩素化
多分岐型スルホンのスルホン化物（式（７１））３０．０ｇ（２２．８ｍｏｌ）を温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに入れ、クロロホルム１００ｍｌを入れて溶解させる。滴下ろうとで塩化チオニル２．４９ｇ（２５．０ｍｍｏｌ）をゆっくり滴下し、９０分還流したあと、クロロホルムを留去して真空乾燥し、多分岐型スルホンのスルホニルクロライド（式（７２））２７．１ｇを得た（収率８９％）。
【０１８１】
【化７０】
【０１８２】
（６）ポリエーテルスルホンへの多分岐型スルホンのスルホニルクロライドの導入反応
実施例８−（２）でビス（チオフェノキシ）ベンゼンスルホニルクロライドの代わりに多分岐型スルホンの塩化スルホニルを用いる以外は同様にして、多分岐型スルホンの側鎖を有するポリエーテルスルホン（式（７３））を得た。収量は２．１０ｇであった。
【０１８３】
【化７１】
【０１８４】
上記で得た高分子電解質［式（７３）］を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、調湿した高分子電解質フィルムを得、各種物性測定を行った。結果を表３に示す。得られた高分子電解質フィルムはフェントン試験に高い耐性を示し、高いプロトン伝導性及び低脱ＳＯ３性を示した。
［実施例１１］
【０１８５】
実施例５で得られた高分子電解質をＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）溶液とし、キャスト法でそれぞれ膜厚５０μｍのフイルムを作製した。このフイルムの両面を触媒付電極（エレクトロケム製ＥＣ−２０−１０−７）ではさみ、ホットプレスしてＭＥＡ（膜電極接合体）を作製した。このＭＥＡを純水に２時間浸漬し吸水させ、評価セル（エレクトロケム製ＦＣ−０５−０１−ＳＰ：２５ｃｍ２）に組み込んだ。
［発電特性評価］
８０℃に保った上記セルのアノード側へ水素（相対湿度３０％）を、カソード側へ空気（相対湿度５０％）を供給し、電流密度０．３Ａ／ｃｍ２で長時間稼動試験を行った。出力電圧が初期電圧の９０％になるまでの時間は３４００時間であった。
［比較例４］
【０１８６】
比較例３で得られた高分子電解質を用いたほかは、実施例１１と同様に発電特性評価を行った。出力電圧が初期電圧の９０％になるまでの時間は、２８０時間であった。この結果は、実施例５で得た電解質膜の耐久性が非常に高いことを示す。
［実施例１２］
【０１８７】
実施例１０で得られた高分子電解質を用いたほかは、実施例１１と同様にして発電特性評価を行った。出力電圧が初期電圧の９０％になるまでの時間は７０００時間以上であった。この結果は、実施例５で得た、分岐型側鎖を有する高分子電解質膜の耐久性が非常に高いことを示す。
【産業上の利用可能性】
【０１８８】
本発明は、固体高分子形燃料電池の電解質およびバインダーとして有用である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子形燃料電池の電解質膜およびバインダーとして有用な、新規高分子電解質およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで、固体高分子形燃料電池用の電解質材料としては、（１）ナフィオン（デュポン社製）等のパーフルオロアルキルスルホン酸高分子（例えば、特許文献１参照）や、（２）ポリエーテルエーテルケトン等の耐熱性高分子の主鎖をスルホン化した高分子（例えば、特許文献２参照）、（３）スルホン酸化された側鎖を有する高分子（例えば、特許文献３、特許文献４、特許文献５参照）が知られている。しかしながら、これらの高分子は固体高分子形燃料電池用の電解質材料として、いずれも問題を有していた。すなわち、燃料電池の出力向上の点から１００℃以上の運転温度が望まれているが、上記（１）のパーフルオロアルキルスルホン酸ポリマーはガラス転移点が約１２０℃と低いため、使用温度が１００℃未満という制約がある。また、上記（２）および（３）の高分子は、脱スルホンが進行するため高い温度では使用できない。さらに、上記（２）および（３）の高分子は、耐酸化性が充分ではない。耐酸化性を向上させる方法としては、高分子電解質に酸化防止剤を添加する方法（例えば、特許文献６および特許文献７参照）が提案されている。しかしながら、この方法では高分子電解質そのものの耐酸化性を向上させているわけではないので、添加した酸化防止剤が消費されると、電解質膜の耐酸化性が低下してしまうと推定される。また、上記（２）のポリマーは、プロトン伝導性を向上すべくスルホン酸化率を高めると水溶性となる問題がある（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第３，２８２，８７５号明細書
【特許文献２】米国特許第５，７９５，４９６号明細書
【特許文献３】米国特許第５，４０３，６７５号明細書
【特許文献４】特開２００１−３２９０５３号公報
【特許文献５】特開２００２−２８９２２２号公報
【特許文献６】特開２００３−２０１３５２号公報
【特許文献７】特開２００３−２０１４０３号公報
【非特許文献１】Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．６，Ｎｏ．１１，ｐ．Ａ２２９−Ａ２３１（２００３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、固体高分子形燃料電池の電解質膜およびバインダーとして、耐酸化性が高く、高温でも脱スルホンが起こりにくい、かつプロトン伝導性の高い、新規な高分子電解質およびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、スルホン酸が置換した芳香環が電子吸引性連結基で連なる特定構造の側鎖を有する高分子スルホン酸からなる高分子電解質がその目的に適合しうることを見いだし、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
【０００６】
すなわち、本発明は、以下の通りである。
１．少なくとも下記一般式（１）で表される繰り返し単位を有する事を特徴とする燃料電池用高分子電解質。
【化１】
（Ｙは芳香族残基を表し、Ｐは −ＣＯ−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ−、−ＳＯ２−、−ＣＯＮＨ−、−Ｃ（ＣＦ３）２−、単結合から選ばれる連結基であり、ｋは１〜４の整数であって、式中の側鎖部分Ｚは、下記一般式（２）で表される。
Ｚ＝−（Ｘ１Ａｒ１（Ｂ１））−（Ｘ２Ａｒ２（Ｂ２））−・・・−（Ｘｎ−１Ａｒｎ−１（Ｂｎ−１））−（ＸｎＡｒｎ） （２）
式（２）中のＢ１〜Ｂｎ−１は、側鎖部分Ｚにおける分岐鎖を意味し、以下の式で表される。
Ｂ１＝−〔（Ｘ２Ａｒ２（Ｂ２））−（Ｘ３Ａｒ３（Ｂ３））−・・・−（Ｘｎ−１Ａｒｎ−１（Ｂｎ−１））−（ＸｎＡｒｎ）〕ｆ
Ｂ２＝−〔（Ｘ３Ａｒ３（Ｂ３））−・・・−（Ｘｎ−１Ａｒｎ−１（Ｂｎ−１））−（ＸｎＡｒｎ）〕ｆ
・
・
・
Ｂｎ−１＝−〔ＸｎＡｒｎ〕ｆ
（２）式中
ｎは各々独立に２〜５の整数、
ｆは各々独立に０〜５の整数、
Ａｒは各々独立に芳香族残基であって、
Ｘは各々独立に−ＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−（ＣＦ２）ｐ−（ｐは１〜１０の整数）、−Ｃ（ＣＦ３）２−、−ＣＯＯ−、−ＳＯ−、−ＳＯ２−から選ばれる連結基である。
そして、−ＳＯ３Ｈ基が二個以上導入されたＺを有する。）
【０００７】
２．Ｐが −ＣＯ−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ２−、−Ｃ（ＣＦ３）２−から選ばれる連結基であることを特徴とする前項１記載の燃料電池用高分子電解質。
【０００８】
３．ｋが１〜２の整数であり、ｆが各々独立に０〜２の整数であることを特徴とする前項１または２記載の燃料電池用高分子電解質。
【０００９】
４．少なくとも一つのｆが１または２であることを特徴とする前項３記載の燃料電池用高分子電解質。
【００１０】
５．ｆが０または１であり、少なくとも一つのｆが１であることを特徴とする前項３記載の燃料電池用高分子電解質。
【００１１】
６．高分子に側鎖導入剤を反応させることを特徴とする、前項１の一般式（１）で表される繰り返し単位を有する燃料電池用高分子電解質の製造方法
【００１２】
７．下記一般式（３）で表される繰り返し単位を有する高分子と下記一般式（４）で表される側鎖導入剤を反応させることを特徴とする、前項６の燃料電池用高分子電解質の製造方法
【化２】
（ＹおよびＰは上記一般式（１）に記載のものと同様であり、Ｕは水素原子、−ＣＯＸ、−ＳＯ２Ｘから選ばれる反応性基であり、Ｘはハロゲン原子、ＯＲ（Ｒは水素原子、アルキル基、またはアリール基）、水酸基から選ばれる。）
［化３］
Ｚ’−Ｖ （４）
（式（３）のＵが水素原子の場合、Ｖは−ＣＯＸ、−ＳＯ２Ｘから選ばれる反応性基であり、Ｕが−ＣＯＸ、−ＳＯ２Ｘから選ばれる反応性基である場合には、Ｖは水素原子であり、Ｚ’は、下記一般式（５）で表される。
Ｚ’＝−（Ａｒ１（Ｂ１））−（Ｘ２Ａｒ２（Ｂ２））−・・・−（Ｘｎ−１Ａｒｎ−１（Ｂｎ−１））−（ＸｎＡｒｎ） （５）
（５）式中、Ａｒ、Ｂ、ｎは上記一般式（１）に記載のものと同様であり、かつ、Ａｒはスルホン酸基を有していて良く、Ｘは −Ｓ−、−ＣＨ２−、−ＣＸ”２−（Ｘ”は非フッ素ハロゲン原子）、−Ｃ（ＯＲ”）２−（Ｒ”はアルキル基）、−Ｃ（ＯＲ”）２−Ｏ−（Ｒ”はアルキル基）、−（Ｃ（ＯＲ”）２）ｐ−（Ｒ”はアルキル基）から選ばれる連結基前駆体、及び上記一般式（１）に記載の連結基から選ばれる。）
【００１３】
８．一般式（３）で表される繰り返し単位を有する高分子と前記一般式（４）で表される側鎖導入剤を反応させるに際し、
（ｉ）側鎖導入剤がスルホン酸基またはその前駆体を有せず、かつ、側鎖導入剤Ｚ’におけるＸが、電子供与性の連結基前駆体であって、高分子と反応後、スルホン酸化を行い、続いて連結基前駆体を電子吸引性の連結基に変換することにより、
または、
（ｉｉ）側鎖導入剤がスルホン酸基またはその前駆体を有し、かつ、側鎖導入剤Ｚ’におけるＸが、
（ｉｉ−１）電子供与性の連結基前駆体である場合には、続いて連結基前駆体を電子吸引性の連結基に変換することにより、
（ｉｉ−２）電子吸引性の連結基である場合には、その状態で、一般式（１）で表される繰り返し単位を有する燃料電池用高分子電解質を得ることを特徴とする、前項７の燃料電池用高分子電解質の製造方法
【００１４】
９．少なくとも側鎖を有するモノマーを用いて重合させることを特徴とする、前項１の一般式（１）で表される繰り返し単位を有する燃料電池用高分子電解質の製造方法。
【００１５】
１０．側鎖を有するモノマーが下記一般式（６）であることを特徴とする、前項８記載の燃料電池用高分子電解質の製造方法。
【化４】
［式中、ｋおよびＹは一般式（１）と同様であり、ＷおよびＷ’は水素原子、ハロゲン、−ＣＯＸ（ＸはハロゲンまたはＯＲ（Ｒは水素原子、アルキル基、またはアリール基））、−ＯＨ、−ＳＨ、−ＳＯ2 Ｘ（Ｘは前記のとおり）から選ばれ、同一であっても異なっていても良く、Ｚ”はＸが連結基及び前記の連結基前駆体から選ばれ、Ａｒがスルホン酸基を有していて良いことを除いて一般式（１）のＺと同様である。］
【００１６】
１１．少なくとも前記一般式（６）で表されるモノマーを重合させるに際し、
（ｉ）Ｚ”がスルホン酸基またはその前駆体を有せず、かつ、Ｚ”のＸが電子供与性の連結基前駆体であって、重合後、スルホン酸化を行い、続いて連結基前駆体を電子吸引性の連結基に変換することにより、
または、
（ｉｉ）Ｚ”がスルホン酸基またはその前駆体を有し、かつ、Ｚ”のＸが、
（ｉｉ−１）電子供与性の連結基前駆体である場合には、続いて連結基前駆体を電子吸引性の連結基に変換することにより、
（ｉｉ−２）電子吸引性の連結基である場合には、その状態で、一般式（１）で表される繰り返し単位を有する燃料電池用高分子電解質を得ることを特徴とする、前項１０の燃料電池用高分子電解質の製造方法
【００１７】
１２．スルホン酸基の代わりにスルホン酸前駆体を用い、その後にスルホン酸前駆体をスルホン酸に変換することにより一般式（１）で表される繰り返し単位を有する燃料電池用高分子電解質を得ることを特徴とする、前項６、７、８、９、１０、１１の燃料電池用高分子電解質の製造方法
【００１８】
１３．前項１〜５のいずれかに記載の高分子電解質を用いることを特徴とする燃料電池用高分子電解質膜
１４．前項６〜１２のいずれかに記載の方法により製造された高分子電解質を用いることを特徴とする燃料電池用高分子電解質膜
１５．前項１〜５のいずれかに記載の高分子電解質を用いることを特徴とする燃料電池
１６．前項６〜１２のいずれかに記載の方法により製造された高分子電解質を用いることを特徴とする燃料電池
【発明の効果】
【００１９】
本発明の高分子電解質は、耐酸化性が高く、高温でも脱スルホンが起こりにくく、プロトン伝導性が高く、かつ、力学的性質にも優れた、新規な高分子電解質である。したがって、固体高分子形燃料電池の電解質膜およびバインダーとして好適に使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明について具体的に説明する。
本発明の高分子電解質は一般式（１）で表される繰り返し単位（Ａ）を有する。
【化５】
一般式（１）中、ｋは通常１〜４の整数であって、好ましくは１または２である。
一般式（１）中、Ｙは（ｋ＋２）価の芳香族残基であり、例えば、下式（７）に示す３価の芳香族残基、下式（８）に示す４価の芳香族残基、下式（９）に示す５価の芳香族残基などが挙げられる。これら芳香族残基の水素原子がアルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アリール基、ハロゲン化アリール基、−ＣＮ、−ＮＯ2 、−ＣＯＲ、−ＣＯＯ Ｒ（Ｒは水素原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基から選ばれる。）、−ＣＯＮＲＲ’（Ｒ’はＲと同様である。）、−ＳＯ3 Ｒ、−ＳＯＲ、−ＳＯ2 Ｒで置換されていてもよく、Ｆ、パーフルオロアルキル、−ＣＮ、−ＮＯ2 、−ＣＯＲ、−ＣＯＯ Ｒ、−ＣＯＮＲＲ’、−ＳＯ3 Ｒ、−ＳＯＲ、−ＳＯ2 Ｒ等の電子吸引基が置換していることが好ましい。
【００２１】
【化６】
【００２２】
【化７】
【００２３】
【化８】
【００２４】
一般式（７）〜（９）における２価の基Ｑは−ＣＯ−、−ＣＯＯ −、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ−、−ＳＯ2 −、−ＣＣＲ12−（Ｒ1 は水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基から選ばれる）、単結合から選ばれ、好ましくは−ＣＯ−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ2 −から選ばれる。
【００２５】
一般式（１）中、Ｐは −ＣＯ−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ−、−ＳＯ２−、−ＣＯＮＨ−、−Ｃ（ＣＦ３）２−、単結合から選ばれる連結基であり、好ましくは、−ＣＯ−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ２−、−Ｃ（ＣＦ３）２−から選ばれる連結基であり、さらに好ましくは−ＣＯ−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ２−から選ばれる連結基である。
一般式（１）中の側鎖部分Ｚは、一般式（２）で表される。
Ｚ＝−（Ｘ１Ａｒ１（Ｂ１））−（Ｘ２Ａｒ２（Ｂ２））−・・・−（Ｘｎ−１Ａｒｎ−１（Ｂｎ−１））−（ＸｎＡｒｎ） （２）
式（２）中のＢ１〜Ｂｎ−１は、側鎖部分Ｚにおける分岐鎖を意味し、以下の式で表される。
Ｂ１＝−〔（Ｘ２Ａｒ２（Ｂ２））−（Ｘ３Ａｒ３（Ｂ３））−・・・−（Ｘｎ−１Ａｒｎ−１（Ｂｎ−１））−（ＸｎＡｒｎ）〕ｆ
Ｂ２＝−〔（Ｘ３Ａｒ３（Ｂ３））−・・・−（Ｘｎ−１Ａｒｎ−１（Ｂｎ−１））−（ＸｎＡｒｎ）〕ｆ
・
・
・
Ｂｎ−１＝−〔ＸｎＡｒｎ〕ｆ
式（２）式中ｎはそれぞれ独立に２〜５から選ばれる整数を表し、好ましくは２〜４から選ばれ、さらに好ましくは２〜３から選ばれる。ｆはそれぞれ独立に０〜５から選ばれる整数を表し、好ましくは０〜２から選ばれ、かつ、少なくとも一つのｆが１または２であり、さらに好ましくは０〜１から選ばれ、かつ、少なくとも一つのｆが１である。
上記一般式（２）において、ｆが１以上である場合、上記一般式（２）で表される側鎖は芳香族残基Ａｒ１ 〜Ａｒｎ−１ において分岐構造をとるが、その際、各分岐鎖は各々異なった鎖長および分岐構造をとることもできる。すなわち、本発明の上記一般式（２）で表される側鎖は、例えば、下式（１０）に示す構造をとることができる。
【００２６】
【化９】
【００２７】
上記一般式（２）におけるＡｒ１〜Ａｒｎ-1は（ｆ＋２）価の芳香族残基を表し、例えば下式（１１）に示す２価の芳香族残基、式（７）に示す３価の芳香族残基、式（８）に示す４価の芳香族残基、式（９）に示す５価の芳香族残基などが挙げられる。これら芳香族残基の水素原子がアルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アリール基、ハロゲン化アリール基、−ＣＮ、−ＮＯ2 、−ＣＯＲ、−ＣＯＯ Ｒ（Ｒは水素原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基から選ばれる。）、−ＣＯＮＲＲ’（Ｒ’はＲと同様である。）、−ＳＯ3 Ｒ、−ＳＯＲ、−ＳＯ2 Ｒで置換されていてもよく、Ｆ、パーフルオロアルキル、−ＣＮ、−ＮＯ2 、−ＣＯＲ、−ＣＯＯ Ｒ、−ＣＯＮＲＲ’、−ＳＯ3 Ｒ、−ＳＯＲ、−ＳＯ2 Ｒ等の電子吸引基が置換していることが好ましい。また、Ａｒ１〜Ａｒｎ-1 は互いに同じであっても異なっていてもよい。
【００２８】
【化１０】
【００２９】
さらに上記一般式（１）におけるＡｒｎは側鎖末端のアリール基を表し、例えば、下式（１２）に示すアリール基が挙げられ、当該アリール基の水素原子がアルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アリール基、ハロゲン化アリール基、−ＣＮ、−ＮＯ2 、−ＣＯＲ、−ＣＯＯ Ｒ（Ｒは水素原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基から選ばれる。）、−ＣＯＮＲＲ’（Ｒ’はＲと同様である。）、−ＳＯ3 Ｒ、−ＳＯＲ、−ＳＯ2 Ｒで置換されていてもよく、Ａｒｎは互いに同じであっても異なっていてもよい。
【００３０】
【化１１】
【００３１】
また上記一般式（１）におけるＸ１〜Ｘｎ は２価の電子吸引基を表し、例えば、−ＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−（ＣＦ2 ）p −（ここで、ｐは１〜１０の整数である）、−Ｃ（ＣＦ3 ）2 −、−ＣＯＯ−、−ＳＯ−、−ＳＯ2 −などが挙げられ、好ましくは−ＣＯ−、−Ｃ（ＣＦ3 ）2 −、−ＳＯ−、−ＳＯ2 −さらに好ましくは−ＣＯ−、−ＳＯ−、−ＳＯ2 −などが用いられる。Ｘ１〜Ｘｎ は互いに同じであっても異なっていてもよい。本発明の上記一般式（１）中、Ｚで表される側鎖の具体例としては、例えば、下記式（１３）の基が挙げられる。
【００３２】
【化１２】
（上記式中、スルホン酸基は記載していない。）
【００３３】
本発明では、通常、非分岐型側鎖、分岐型側鎖から選ばれる側鎖が用いられ、好ましくは分岐型側鎖が用いられる。分岐型側鎖は、（ｉ）スルホン化が容易な末端芳香環の数が多く、高分子（主鎖）までの距離が同じスルホン酸基を同一側鎖に複数導入することが可能であり、プロトン伝導性に必要なイオンクラスター構造を形成し易く、それゆえプロトン伝導性が高いものと考えられる。また、（ｉｉ）側鎖の形状が嵩高くなるので異なる高分子鎖間の側鎖が互いに絡み合うものと推察され、その結果、電解質膜の強度が高く、寸法安定性も高いものと考えられる。
【００３４】
上記一般式（２）において、ｆが１以上である場合、上記一般式（２）で表される側鎖は芳香族残基Ａｒ１ 〜Ａｒｎ−１ において分岐構造をとるが、その際、各分岐鎖は各々異なった鎖長および分岐構造をとることもできる。すなわち、本発明の上記一般式（２）で表される側鎖は、例えば、式（１０）に示す構造をとることができる。
【００３５】
本発明の高分子電解質は、少なくとも一般式（１）で表される繰り返し単位（Ａ）を有する。本発明の高分子電解質としては、通常、一般式（１）で表される繰り返し単位（Ａ）を１〜１００モル％、好ましくは５〜９５モル％、さらに好ましくは１０〜８０モル％、特に好ましくは１５〜７５モル％含み、その重量平均分子量が１０００〜１００万、好ましくは１万〜１００万、さらに好ましくは２万〜８０万、特に好ましくは３万〜４０万の重合体である高分子電解質が挙げられる。
【００３６】
本発明の高分子電解質が、従来の高分子電解質と比較して、（１）耐酸化性が高く、（２）高温でも脱スルホンが起こりにくく、（３）プロトン伝導性が高いという、優れた性能を併せ持つ理由は未だ明確ではないが、およそ次のように推定される。
【００３７】
（１）耐酸化性が高い理由：燃料電池運転時には過酸化水素や・ＯＯＨラジカルのような酸化性物質が生成することが知られている。そのため、高分子電解質としては化学的に安定な高分子パーフルオロスルホン酸が用いられてきた。従来の炭化水素系高分子スルホン酸では耐酸化性が不十分であることは、例えば特許文献６および７において、耐酸化性を補うために酸化防止剤を併用していることからも明らかである。上記特許文献６および７で用いられている高分子電解質（本発明の比較例１にその一つを示す）は、スルホン酸が置換した芳香環が電子供与性連結基（−Ｏ−）で連なる構造の側鎖を有している。酸化性物質例えば・ＯＯＨラジカルは芳香環を親電子的に攻撃するので、電子密度の高い芳香環ほど攻撃されやすく、特許文献６および７で用いられる電解質は耐酸化性が低いものと推察される。一方、本発明の電解質は、スルホン酸が置換した芳香環が電子吸引性連結基で連なる特定構造の側鎖を有する。すなわち、本発明の方法では電子吸引性連結基を用いることにより芳香環の電子密度を低下させ、それゆえ、酸化性物質が反応し難く、耐酸化性が高いものと考えられる。
【００３８】
（２）脱スルホンが起こり難い理由：一方、芳香族スルホン酸は、高温ほど脱スルホンが進行することが知られており、燃料電池運転温度である１００℃付近での脱スルホンも皆無ではないため、この点を改良することは高分子スルホン酸電解質の課題の一つであった。脱スルホン反応は芳香族スルホン酸へのプロトンの攻撃により開始すると考えられ、したがって、電子密度の高い芳香環ほど脱スルホンし易いものと推測される。先述のように、電子吸引性連結基が置換した本発明の電解質は芳香環の電子密度が低いので、脱スルホンし難いものと推測される。
【００３９】
（３）プロトン伝導度が高い理由：電子吸引性連結基が置換した本発明の電解質は芳香環の電子密度が低い。したがって解離したスルホン酸アニオンを安定化するために酸解離定数が高く、それゆえ、プロトン伝導度が高いものと推測される。
【００４０】
本発明の高分子電解質は従来知られていない。それには必然的な理由があったからである。すなわち、従来知られている、側鎖スルホン酸を有する高分子電解質（例えば、比較例２で用いた高分子電解質）は、スルホン酸が置換した芳香環が電子供与性連結基で連なる構造を有している。通常、芳香環をスルホン化する場合、電子吸引性基が置換していると、当該芳香環の反応性が著しく低下し、その結果スルホン化を進行させることが困難となってしまう。それゆえ、従来の方法では、芳香環を活性化しスルホン化の進行を容易にするために電子供与基を置換せざるを得なかったのである。その結果、本発明のような側鎖電子吸引性連結基を有する高分子電解質は合成が困難であった。一方、本発明においては、電子吸引性連結基へ変換可能な電子供与性連結基前駆体を用いることにより、（１）スルホン化反応性の促進と、（２）電子吸引性連結基の使用、を両立することが初めて可能となり、その結果、本発明の優れた効果を見出すことが可能となったのである。
【００４１】
本発明の高分子電解質の製造方法は特に限定されるものではない。例えば、
（Ｍ１）高分子に側鎖導入剤を反応させて側鎖を導入する方法
一般式（１）においてＺが置換していない構造に相当する、−Ｙ−Ｐ−（Ｙは２価の芳香族残基、Ｐは前記のとおり）を繰り返し単位として有する高分子へ側鎖導入剤を反応させてＺを導入させても良いし、予め反応性の置換基を導入した−Ｙ（Ｍ）−Ｐ−（Ｙは３価の芳香族残基、Ｍは反応性基、Ｐは前記のとおり）に、Ｍと反応する側鎖導入剤を反応させることによりＺを導入しても良い。
（Ｍ２）少なくとも側鎖を有するモノマーを重合させて製造する方法
繰り返し構造単位（Ａ）に対応するモノマーおよび他の繰り返し単位に対応するモノマーを重合することによっても得られるし、繰り返し単位（Ａ）に対応するモノマーや他の繰り返し単位に対応するモノマーからまずオリゴマーを合成し、次に当該オリゴマー同士または当該オリゴマーとモノマーを反応させることにより得ることもできる。また、繰り返し単位（Ａ）と一つのまたは複数の他の繰り返し単位が連結した構造に対応するモノマーを予め合成し、このものの単独重合や、このものと他の繰り返し構造に対応するモノマーとの重合によって合成することもできる。
【００４２】
前記方法（Ｍ１）の通常用いられる具体例を次に示す。すなわち、下記一般式（３）で表される繰り返し単位を有する高分子と下記一般式（４）で表される側鎖導入剤を反応させることにより、一般式（１）で示される高分子電解質を製造することができる。なお、この場合には、一般式（２）におけるＸは−ＣＯ−および−ＳＯ２−から選ばれる。
【００４３】
【化１３】
【００４４】
式（３）において、ＹおよびＰは一般式（１）に記載のものと同様であり、Ｕは水素原子、−ＣＯＸ、−ＳＯ２Ｘから選ばれる反応性基であり、Ｘはハロゲン原子、ＯＲ（Ｒは水素原子、アルキル基、またはアリール基）、水酸基から選ばれる。
［化１４］
Ｚ’−Ｖ （４）
式（３）のＵが水素原子の場合、Ｖは−ＣＯＸ、−ＳＯ２Ｘから選ばれる反応性基であり、Ｕが−ＣＯＸ、−ＳＯ２Ｘから選ばれる反応性基である場合には、Ｖは水素原子であり、Ｚ’は、下記一般式（５）で表される。
［化１５］
Ｚ’＝−（Ａｒ１（Ｂ１））−（Ｘ２Ａｒ２（Ｂ２））−・・・−（Ｘｎ−１Ａｒｎ−１（Ｂｎ−１））−（ＸｎＡｒｎ） （５）
（５）式中、Ａｒ、Ｂ、ｎは上記一般式（２）に記載のものと同様であり、Ｘは上記一般式（２）に記載の連結基及び連結基前駆体から選ばれる。）
連結基前駆体とは、連結基に変換することのできる基をいう。連結基前駆体を連結基に変換する方法としては公知の方法を用いることができる。表１に例を示す。
【００４５】
【表１】
【００４６】
連結基前駆体を連結基に変換するのはいずれの時点でもよいが、好ましくは次の方法が用いられる。すなわち、前記一般式（３）で表される繰り返し単位を有する高分子と前記一般式（４）で表される側鎖導入剤を反応させるに際し、
（ｉ）側鎖導入剤がスルホン酸基またはその前駆体を有せず、かつ、側鎖導入剤のＸが、電子供与性の連結基前駆体であって、高分子と反応後、スルホン酸化を行い、続いて連結基前駆体を電子吸引性の連結基に変換することにより、または、
（ｉｉ）側鎖導入剤がスルホン酸基またはその前駆体を有し、かつ、側鎖導入剤のＸが、（ｉｉ−１）電子供与性の連結基前駆体である場合には、続いて連結基前駆体を電子吸引性の連結基に変換することにより、（ｉｉ−２）電子吸引性の連結基である場合には、その状態で、一般式（１）で表される繰り返し単位を有する燃料電池用高分子電解質を得る方法である。
【００４７】
本発明で使用する、一般式（３）で表される繰り返し単位を有する高分子の例を以下に示す。
Ｕが水素原子のもの：一般式（１１）で示される残基から選ばれる２価芳香族残基と、−ＣＯ−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ−、−ＳＯ２−、−ＣＯＮＨ−、−Ｃ（ＣＦ３）２−、単結合から選ばれる連結基Ｐの組み合わせからなる高分子が通常用いられ、好ましくは、フェニレン、ナフチレン、ビフェニレンから選ばれる２価芳香族残基と−ＣＯ−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ２−から選ばれる連結基Ｐの組み合わせが用いられ、より好ましくはポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリチオエーテルケトン、ポリチオエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトンが用いられ、さらに好ましくは、下式で表される高分子においてＺが水素原子のものが用いられる。
【００４８】
【化１６】
【００４９】
【化１７】
【００５０】
Ｕが−ＣＯＸまたは−ＳＯ２Ｘのもの：一般式（１１）で示される残基から選ばれる２価芳香族残基と、−ＣＯ−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ−、−ＳＯ２−、−ＣＯＮＨ−、−Ｃ（ＣＦ３）２−、単結合から選ばれる連結基Ｐの組み合わせからなる高分子に−ＣＯＸまたは−ＳＯ２Ｘを導入したものが通常用いられ、好ましくは、フェニレン、ナフチレン、ビフェニレンから選ばれる２価芳香族残基と−ＣＯ−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ２−から選ばれる連結基Ｐの組み合わせの高分子に−ＣＯＸまたは−ＳＯ２Ｘを導入したものが用いられ、より好ましくはポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリチオエーテルケトン、ポリチオエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトンに−ＣＯＸまたは−ＳＯ２Ｘを導入したものが用いられ、さらに好ましくは、上式で表される高分子においてＺが−ＣＯＸまたは−ＳＯ２Ｘを導入したものが用いられる。（−ＣＯＸまたは−ＳＯ２Ｘの導入には公知の導入方法を用いることができる。）。一般式（３）ＵのＣＯＸ、ＳＯ２ＸにおけるＸは、通常、ハロゲン原子、ＯＲ（Ｒは水素原子、アルキル基、またはアリール基）、水酸基から選ばれ、好ましくは、ハロゲン原子、水酸基から選ばれる。一般式（４）で表される側鎖導入剤の例を次に示す。
側鎖導入剤がスルホン酸基またはその前駆体を有し、かつ、側鎖導入剤のＸが電子吸引性の連結基であり、さらに、Ｖが−ＣＯＸ、−ＳＯ２Ｘから選ばれる反応性基である場合の、好ましいＺ’−Ｖの例を式（１４）および式（１５）に示す。さらに好ましいＺ’−Ｖは式（１５）に示す分岐構造である。（式中、−ＳＯ３Ｒはスルホン酸基またはその前駆体を表し、Ｒは水酸基、アルキル基、アルカリ金属、アルカリ土類金属から選ばれる。）
【００５１】
【化１８】
【００５２】
【化１９】
【００５３】
側鎖導入剤がスルホン酸基またはその前駆体を有せず、かつ、側鎖導入剤のＸが、電子供与性の連結基前駆体であり、さらに、Ｖが−ＣＯＸ、−ＳＯ２Ｘから選ばれる反応性基である場合の、好ましいＺ’−Ｖの例を式（１６）および式（１７）に示す。さらに好ましいＺ’は式（１７）に示す分岐構造である。Ｖが水素原子である場合の好ましいＺ’−Ｖの例を式（１８）および式（１９）に示す。
【００５４】
【化２０】
【００５５】
【化２１】
【００５６】
【化２２】
【００５７】
【化２３】
【００５８】
式（４）のＶにおけるＸは通常、ハロゲン原子、ＯＲ（Ｒは水素原子、アルキル基、またはアリール基）、水酸基から選ばれ、好ましくは、ハロゲン原子、水酸基から選ばれる。
【００５９】
高分子に側鎖導入剤を反応させる際の反応の種類は、特に制限されない。式（３）で表される高分子と式（４）で表される側鎖導入剤を反応させる際の好ましい方法としては次の方法が挙げられる。
（ｉ）式（３）のＵが水素原子で、式（４）のＶが−ＣＯＸ（Ｘがハロゲン原子または水酸基）であるか、または、式（３）のＵが−ＣＯＸ（Ｘがハロゲン原子）で、式（４）のＶが水素原子である場合：フリーデル・クラフツ−アシル化反応を用いることができる。
（ｉｉ）式（３）のＵが水素原子で、式（４）のＶが−ＳＯ２Ｘ（Ｘがハロゲン原子または水酸基）であるか、または、式（３）のＵが−ＳＯ２Ｘ（Ｘがハロゲン原子）で、式（４）のＶが水素原子である場合：フリーデル・クラフツ型スルホニル化反応を用いることができる。
（ｉｉｉ）式（３）のＵが水素原子で、式（４）のＶが−ＣＯＯＨまたは−ＳＯ３Ｈであるか、または、式（３）のＵが−ＣＯＯＨまたは−ＳＯ３Ｈで、式（４）のＶが水素原子である場合：脱水縮合反応を用いることができる。
【００６０】
前記方法（Ｍ２）の具体例を次に示す。すなわち、少なくとも上記一般式（１８）で示されるモノマーを用いて重合させることにより、一般式（１）で示される高分子電解質を製造することができる。
【００６１】
連結基前駆体を連結基に変換するのはいずれの時点でもよいが、好ましくは次の方法が用いられる。すなわち、少なくとも前記一般式（６）で表されるモノマーを重合させるに際し、（ｉ）Ｚ”がスルホン酸基またはその前駆体を有せず、かつ、Ｚ”のＸが電子供与性の連結基前駆体であって、重合後、スルホン酸化を行い、続いて連結基前駆体を電子吸引性の連結基に変換することにより、または、（ｉｉ）Ｚ”がスルホン酸基またはその前駆体を有し、かつ、Ｚ”のＸが、（ｉｉ−１）電子供与性の連結基前駆体である場合には、続いて連結基前駆体を電子吸引性の連結基に変換することにより、（ｉｉ−２）電子吸引性の連結基である場合には、その状態で、一般式（１）で表される繰り返し単位を有する燃料電池用高分子電解質を得る方法である。
【００６２】
【化２４】
［式中、ｋおよびＹは一般式（１）と同様であり、ＷおよびＷ’は水素原子、ハロゲン、−ＣＯＸ（ＸはハロゲンまたはＯＲ（Ｒは水素原子、アルキル基、またはアリール基））、−ＯＨ、−ＳＨ、−ＳＯ2 Ｘ（Ｘは前記のとおり）から選ばれ、同一であっても異なっていても良く、Ｚ”はＸが連結基及び前記の連結基前駆体から選ばれ、Ａｒがスルホン酸基を有していてよいことを除いて一般式（１）のＺと同様である。］
【００６３】
また、本発明の重合体において、繰り返し単位（Ａ）以外の他の繰り返し単位としては、重合できるものであればいずれも用いることができ、下記一般式（２０）で表される繰り返し単位（Ｂ）が好ましく用いられる。
［化２５］
−Ｙ２−Ｐ２− （２０）
式中、Ｙ2 は前記一般式（１１）に示されるものと同様の２価の芳香族残基から選ばれ、当該芳香族残基の水素原子がアルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、またはアリール基で置換されていてもよく、Ｐ2 は−ＣＯ−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ−、−ＳＯ2 −、−ＣＯＯ −、−ＳＯ3 −、−ＣＯＮＨ−、単結合から選ばれ、好ましくは−ＣＯ−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ2 −から選ばれる。］
【００６４】
本発明の好ましい重合体において、繰り返し単位（Ａ）と他の繰り返し単位は、（以下、簡単のため本段落ではＹの側鎖基Ｚを略す）例えば−Ｙ−Ｐ−Ｙ2 −Ｐ2 −Ｙ−Ｐ−のように、ＹまたはＹ2がＰまたはＰ2を介してＹまたはＹ2と結合していればよく、任意の繰返し順序を取ることができる。例えば、−（Ｙ−Ｐ）m −（Ｙ2 −Ｐ2 ）n −［ｍ，ｎは正の整数］のようなブロックポリマーであってもよく、またはランダムポリマーであってもよい。 繰り返し単位（Ａ）と他の繰り返し単位の割合は、繰り返し単位（Ａ）５〜９５モル％、好ましくは１０〜８０モル％、より好ましくは１５〜７５モル％、他の繰り返し単位が９５〜５モル％、好ましくは９０〜２０モル％、より好ましくは８５〜２５モル％である。繰り返し単位（Ａ）以外の他の繰り返し単位が、繰り返し単位（Ｂ）からなる場合、同一種類の繰り返し単位（Ｂ）が用いられても良いし複数の種類の繰り返し単位（Ｂ）が用いられても良い。
【００６５】
以下、前記方法（Ｍ２）として通常用いられる合成法の例を述べる。
［合成方法−１］本発明において、連結基Ｐが単結合である重合体を製造する際の反応として好ましく用いられるのは、遷移触媒を用いた、芳香族ハロゲン化物同士のカップリング反応である。例えば特許文献３および特許文献６に記載された方法を用いることができる。
［合成方法−２］本発明において、連結基Ｐおよび／またはＰ2 が−Ｏ−である重合体を製造する際の反応として好ましく用いられるのは、芳香族ヒドロキシ化合物と芳香族ハロゲン化物の芳香族求核置換反応による芳香族ポリエーテルの合成反応である。
例えば、非特許文献２（高分子学会編「高性能芳香族系高分子材料」丸善株式会社 １９９０年３月３０日 ｐ．１２８〜１３２）に記載された方法を用いることができる。別の方法としては、芳香族ハロゲン化物同士を炭酸塩と触媒の存在下に反応させて芳香族ポリエーテル類を合成する反応を用いることができる。例えば、非特許文献３（Ｆｕｋａｗａら、Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，１９９１年，２４巻 ｐ．３８３８）に記載された方法を用いることができる。
［合成方法−３］本発明において、連結基Ｐおよび／またはＰ2 が−Ｓ−である重合体を製造する際の反応として好ましく用いられるのは、前記合成方法−２における芳香族ヒドロキシ化合物の代わりに芳香族チオール化合物を用いて芳香族ポリスルフィド類を合成する方法である。また、別の方法としては、芳香族ジクロリドと硫化ナトリウムから芳香族ポリスルフィドを合成する反応を用いることができる。例えば、前記非特許文献２のｐ．１３３〜１３４に記載された方法を用いることができる。
［合成方法−４］本発明において、連結基Ｐおよび／またはＰ2 が−ＳＯ2 −である重合体を製造する際の反応として好ましく用いられるのは、上記合成法−３で製造した芳香族スルフィド類を過酸化水素などの酸化剤を用いて酸化する方法である。
また、別の方法としては、水素原子を芳香環に有する芳香族化合物に、芳香族スルホン酸ハライドを親電子置換反応させて芳香族スルホン結合を形成する方法を用いることができる。例えば、前記非特許文献２のｐ．１３２〜１３３に記載された方法を用いることができる。
［合成方法−５］本発明において、連結基Ｐおよび／またはＰ2 が−ＣＯ−である重合体を製造する際の反応として好ましく用いられるのは、フリーデルクラフツ−アシル化反応である。例えば、非特許文献２のｐ．１３２〜１３３に記載された方法を用いることができる。
【００６６】
次に、前記方法（Ｍ２）による好ましい合成法の例を説明する
［重合体の例−１］重合体が繰り返し単位（Ａ）と繰り返し単位（Ｂ）からなり、連結基ＰおよびＰ2 がいずれも−Ｏ−の場合：例えば一般式（２１）に示す繰り返し単位（Ａ）モノマーと、一般式（２２）に示す繰り返し単位（Ｂ）モノマーとの反応、または、一般式（２３）に示す繰り返し単位（Ａ）モノマーと、一般式（２４）に示す繰り返し単位（Ｂ）モノマーとの反応、または、一般式（２５）に示す繰り返し単位（Ａ）モノマーと、一般式（２６）に示す繰り返し単位（Ｂ）モノマーとの反応により、繰り返し単位（Ａ）と繰り返し単位（Ｂ）からなる一般式（２７）で示される重合体を得ることができる。
【００６７】
【化２６】
［式中、Ｘはハロゲン原子を表し、Ｙ 、Ｙ2 、Ｚ”は前記のとおりである。］
【００６８】
【化２７】
【００６９】
なお、式（２２），（２３），（２５），（２６）における酸素原子の代わりにイオウ原子を用いた原料を用いることにより、連結基Ｐ およびＰ2 がいずれも−Ｓ−の重合体を得ることができる。
【００７０】
上記一般式（２１）で表される繰り返し単位（Ａ）モノマーの具体例としては、２，５−ジクロロ−４’−（４−チオフェノキシ−４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノン、２，５−ジブロモ−４’−（４−チオフェノキシ−４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノン、２，５−ジヨード−４’−（４−チオフェノキシ−４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノン、；２，５−ジクロロ−４’−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノン、２，５−ジブロモ−４’−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノン、２，５−ジヨード−４’−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノン；２，５−ジクロロ−４’−チオフェノキシベンゾフェノン、２，５−ジブロモ−４’−チオフェノキシベンゾフェノン、２，５−ジヨード−４’−チオフェノキシベンゾフェノン；２，５−ジクロロ−１−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゼン、２，５−ジブロモ−１−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゼン、２，５−ジヨード−１−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゼン；２，５−ジクロロ−１−（４−チオフェノキシ−４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゼン、２，５−ジブロモ−１−（４−チオフェノキシ−４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゼン、２，５−ジヨード−１−（４−チオフェノキシ−４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゼン；２，５−ジクロロ−４’−（４−ベンゾイル）ベンゾイルベンゾフェノン、２，５−ジブロモ−４’−（４−ベンゾイル）ベンゾイルベンゾフェノン、２，５−ジヨード−４’−（４−ベンゾイル）ベンゾイルベンゾフェノン；２，５−ジクロロ−４’−ベンゾイルベンゾフェノン、２，５−ジブロモ−４’−ベンゾイルベンゾフェノン、２，５−ジヨード−４’−ベンゾイルベンゾフェノン、およびこれらの位置異性体などが挙げられる。
【００７１】
上記一般式（２３）で表される繰り返し単位（Ａ）モノマーの具体例としては、２，５−ジヒドロキシ−４’−（４−チオフェノキシ−４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノン；２，５−ジヒドロキシ−４’−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノン；２，５−ジヒドロキシ−４’−チオフェノキシベンゾフェノン；２，５−ジヒドロキシ−１−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゼン；２，５−ジヒドロキシ−１−（４−チオフェノキシ−４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゼン；２，５−ジヒドロキシ−４’−（４−ベンゾイル）ベンゾイルベンゾフェノン；２，５−ジヒドロキシ−４’−ベンゾイルベンゾフェノンおよびこれらの位置異性体などが挙げられる。
【００７２】
上記一般式（２５）で表される繰り返し単位（Ａ）モノマーの具体例としては、２−クロロ−５−ヒドロキシ−４’−（４−チオフェノキシ−４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノン、２−ブロモ−５−ヒドロキシ−４’−（４−チオフェノキシ−４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノン、２−ヨード−５−ヒドロキシ−４’−（４−チオフェノキシ−４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノン、；２−クロロ−５−ヒドロキシ−４’−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノン、２−ブロモ−５−ヒドロキシ−４’−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノン、２−ヨード−５−ヒドロキシ−４’−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノン；２−クロロ−５−ヒドロキシ−４’−チオフェノキシベンゾフェノン、２−ブロモ−５−ヒドロキシ−４’−チオフェノキシベンゾフェノン、２−ヨード−５−ヒドロキシ−４’−チオフェノキシベンゾフェノン；２−クロロ−５−ヒドロキシ−１−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゼン、２−ブロモ−５−ヒドロキシ−１−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゼン、２−ヨード−５−ヒドロキシ−１−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゼン；２−クロロ−５−ヒドロキシ−１−（４−チオフェノキシ−４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゼン、２，５−ジブロモ−１−（４−チオフェノキシ−４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゼン、２−ヨード−５−ヒドロキシ−１−（４−チオフェノキシ−４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゼン；２−クロロ−５−ヒドロキシ−４’−（４−ベンゾイル）ベンゾイルベンゾフェノン、２−ブロモ−５−ヒドロキシ−４’−（４−ベンゾイル）ベンゾイルベンゾフェノン、２−ヨード−５−ヒドロキシ−４’−（４−ベンゾイル）ベンゾイルベンゾフェノン；２−クロロ−５−ヒドロキシ−４’−ベンゾイルベンゾフェノン、２−ブロモ−５−ヒドロキシ−４’−ベンゾイルベンゾフェノン、２−ヨード−５−ヒドロキシ−４’−ベンゾイルベンゾフェノン、およびこれらの位置異性体などが挙げられる。
【００７３】
上記一般式（２２）で表される繰り返し単位（Ｂ）モノマーの具体例としては、４，４′−ジヒドロキシベンゾフェノン、２，４′−ジヒドロキシベンゾフェノン、３，３′−ジヒドロキシベンゾフェノン；４，４′−ジヒドロキシジフェニルエーテル、２，４′−ジヒドロキシジフェニルエーテル、３，３′−ジヒドロキシジフェニルエーテル；４，４′−ジヒドロキシジフェニルチオエーテル、２，４′−ジヒドロキシジフェニルチオエーテル、３，３′−ジヒドロキシジフェニルチオエーテル；２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス（３−ヒドロキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン；ビス（ヒドロキシフェニル）ジフルオロメタン；４−ヒドロキシ安息香酸−４−ヒドロキシフェニル、４−ヒドロキシ安息香酸−３−ヒドロキシフェニル、３−ヒドロキシ安息香酸−３−ヒドロキシフェニル、３−ヒドロキシ安息香酸−４−ヒドロキシフェニル；ビス（４−ヒドロキシフェニル）スルホキシド、ビス（３−ヒドロキシフェニル）スルホキシド；ビス（４−ヒドロキシフェニル）スルホン、ビス（３−ヒドロキシフェニル）スルホン；２，５−ジヒドロキシ４′−フェノキシベンゾフェノン、ｐ−ジヒドロキシベンゼン、２，５−ジヒドロキシトルエン、２，５−ジヒドロキシｐ−キシレン、２，５−ジヒドロキシベンゾトリフルオライド、１，４−ジヒドロキシ２，３，５，６−テトラフルオロベンゼン；４，４′−ジヒドロキシビフェニル；ｍ−ジヒドロキシベンゼン、２，４−ジヒドロキシトルエン、３，５−ジヒドロキシトルエン、２，６−ジヒドロキシトルエンなどが挙げられる。
【００７４】
上記一般式（２４）で表される繰り返し単位（Ｂ）モノマーの具体例としては、４，４′−ジクロロベンゾフェノン、２，４′−ジクロロベンゾフェノン、３，３′−ジクロロベンゾフェノン、４，４′−ジブロモベンゾフェノン、２，４′−ジブロモベンゾフェノン、３，３′−ジブロモベンゾフェノン、４，４′−ジヨードベンゾフェノン、２，４′−ジヨードベンゾフェノン、３，３′−ジヨードベンゾフェノン；４，４′−ジクロロジフェニルエーテル、２，４′−ジクロロジフェニルエーテル、３，３′−ジクロロジフェニルエーテル、４，４′−ジブロモジフェニルエーテル、２，４′−ジブロモジフェニルエーテル、３，３′−、ジブロモジフェニルエーテル、４，４′−ジヨードジフェニルエーテル、２，４′−ジヨードジフェニルエーテル、３，３′−ジヨードジフェニルエーテル；４，４′−ジクロロジフェニルチオエーテル、２，４′−ジクロロジフェニルチオエーテル、３，３′−ジクロロジフェニルチオエーテル、４，４′−ジブロモジフェニルチオエーテル、２，４′−ジブロモジフェニルチオエーテル、３，３′−、ジブロモジフェニルチオエーテル、４，４′−ジヨードジフェニルチオエーテル、２，４′−ジヨードジフェニルチオエーテル、３，３′−ジヨードジフェニルチオエーテル：
２，２−ビス（４−クロロフェニル）ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス（３−クロロフェニル）ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス（４−ブロモフェニル）ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス（３−ブロモフェニル）ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス（４−ヨードフェニル）ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス（３−ヨードフェニル）ヘキサフルオロプロパン；ビス（クロロフェニル）ジフルオロメタン、ビス（ブロモフェニル）ジフルオロメタン、ビス（ヨードフェニル）ジフルオロメタン；４−クロロ安息香酸−４−クロロフェニル、４−クロロ安息香酸−３−クロロフェニル、３−クロロ安息香酸−３−クロロフェニル、３−クロロ安息香酸−４−クロロフェニル、４−ブロモ安息香酸−４−ブロモフェニル、４−ブロモ安息香酸−３−ブロモフェニル、３−ブロモ安息香酸−３−ブロモフェニル、３−ブロモ安息香酸−４−ブロモフェニル；ビス（４−クロロフェニル）スルホキシド、ビス（３−クロロフェニル）スルホキシド、ビス（４−ブロモフェニル）スルホキシド、ビス（３−ブロモフェニル）スルホキシド、ビス（４−ヨードフェニル）スルホキシド、ビス（３−ヨードフェニル）スルホキシド；
ビス（４−クロロフェニル）スルホン、ビス（３−クロロフェニル）スルホン、ビス（４−ブロモフェニル）スルホン、ビス（３−ブロモフェニル）スルホン、ビス（４−ヨードフェニル）スルホン、ビス（３−ヨードフェニル）スルホン；２，５−ジクロロ−４′−フェノキシベンゾフェノン、ｐ−ジクロロベンゼン、ｐ−ジブロモベンゼン、ｐ−ジヨードベンゼン、２，５−ジクロロトルエン、２，５−ジブロモトルエン、２，５−ジヨードトルエン、２，５−ジクロロ−ｐ−キシレン、２，５−ジブロモ−ｐ−キシレン、２，５−ジヨード−ｐ−キシレン、２，５−ジクロロベンゾトリフルオライド、２，５−ジブロモベンゾトリフルオライド、２，５−ジヨードベンゾトリフルオライド、１，４−ジクロロ−２，３，５，６−テトラフルオロベンゼン、１，４−ジブロモ−２，３，５，６−テトラフルオロベンゼン、１，４−ジヨード−２，３，５，６−テトラフルオロベンゼン；
４，４′−ジクロロビフェニル、４，４′−ジブロモビフェニル、４，４′−ジヨードビフェニル、４，４′−ジブロモオクタフルオロビフェニル；ｍ−ジクロロベンゼン、ｍ−ジブロモベンゼン、ｍ−ジヨードベンゼン、２，４−ジクロロトルエン、２，４−ジブロモトルエン、２，４−ジヨードトルエン、３，５−ジクロロトルエン、３，５−ジブロモトルエン、３，５−ジヨードトルエン、２，６−ジクロロトルエン、２，６−ジブロモトルエン、２，６−ジヨードトルエン、１，３−ジブロモ−２，４，５，６−テトラフルオロベンゼンなどが挙げられる。なお、上記具体例において、一般式（１５）における二つのＸのうち一つをフッ素原子に置換したものも好ましく用いることができる。
【００７５】
上記一般式（２６）で表される繰り返し単位（Ｂ）モノマーの具体例としては、上記一般式（１５）で表される繰り返し単位（Ｂ）モノマーの具体例における、非フッ素ハロゲン原子の一つを水酸基で置換した構造およびその位置異性体が挙げられる。
【００７６】
重合体が繰り返し単位（Ａ）と繰り返し単位（Ｂ）からなり、連結基Ｐ およびＰ2 がいずれも−Ｏ−の場合の合成例を以下に具体的に例示する。繰り返し単位（Ａ）のモノマーとして２，５−ジクロロ−４’−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノンを用い、繰り返し単位（Ｂ）のモノマーとしてｐ，ｐ’−ジヒドロキシベンゾフェノンを用いる。両者を炭酸カリウムの存在下で共重合し、次いで、スルホン酸化剤を用いて、スルホン酸化した後に、スルフィド結合を酸化剤を用いて酸化してスルホンへ転化することで、連結基Ｐ ＝Ｏ、Ｐ2 ＝Ｏの下記（２８）式に示すポリマー（Ｑ＝−ＣＯ−）のスルホン酸化物が高分子電解質として得られる。
【００７７】
【化２８】
［式中、Ｚ”は側鎖基を示す。］
【００７８】
同様にして、Ｑが−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ2 −、−ＣＲ12−（Ｒ1 は水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基から選ばれる）または単結合であるポリマーを合成することができる。
【００７９】
［重合体の例−２］重合体が繰り返し単位（Ａ）と繰り返し単位（Ｂ）からなり、連結基Ｐ およびＰ2 がいずれも単結合の場合：一般式（２９）に示す、繰り返し単位（Ａ）モノマーと、一般式（３０）に示す、繰り返し単位（Ｂ）モノマーとの反応により、繰り返し単位（Ａ）と繰り返し単位（Ｂ）からなる、一般式（３１）で示される重合体を得ることができる。一般式（２９）で表される繰り返し単位（Ａ）モノマーの具体例としては、一般式（２１）に対する具体例と同様の化合物が挙げられる。一般式（３０）で表される繰り返し単位（Ｂ）モノマーの具体例としては、一般式（２４）に対する具体例と同様の化合物が挙げられる。
【００８０】
【化２９】
［式中、Ｘ、Ｘ’は互いに同一であっても異なっていても良いハロゲン原子を表し、Ｙ 、Ｙ2 、Ｚは前記のとおりである。］
【００８１】
【化３０】
【００８２】
重合体が繰り返し単位（Ａ）と繰り返し単位（Ｂ）からなり、連結基Ｐ およびＰ2 がいずれも単結合の場合の例を以下に具体的に例示する。繰り返し単位（Ａ）のモノマーとして２，５−ジクロロ−４’−チオフェノキシベンゾフェノンを用い、繰り返し単位（Ｂ）のモノマーとしてｐ，ｐ’−ジクロロジフェニルスルホンを用いる。両者を、遷移金属化合物を含む触媒の存在下で共重合し、次いで、スルホン酸化剤を用いて、スルホン酸化した後に、スルフィド結合を酸化剤を用いて酸化してスルホンへ転化することで、連結基Ｐ ＝単結合、Ｐ2 ＝単結合の下記（３２）式に示すポリマー（Ｑ＝−ＳＯ2 −）のスルホン酸化物が高分子電解質として得られる。
【００８３】
【化３１】
［式中、Ｚ”は側鎖基を示す。］
【００８４】
［重合体の例−３］重合体が繰り返し単位（Ａ）と繰り返し単位（Ｂ）からなり、連結基Ｐ およびＰ2 がいずれも−ＣＯ−の場合：例えば一般式（３３）に示す、繰り返し単位（Ａ）モノマーと、一般式（３４）に示す、繰り返し単位（Ｂ）モノマーとの反応、または、一般式（３５）に示す、繰り返し単位（Ａ）モノマーと、一般式（３６）に示す、繰り返し単位（Ｂ）モノマーとの反応により、繰り返し単位（Ａ）と繰り返し単位（Ｂ）からなる、一般式（３７）で示される重合体を得ることができる。なお、式（３４），（３５）におけるＣＯの代わりにＳＯ2 を用いた原料を使用することにより、連結器Ｐ およびＰ2 がいずれも−ＳＯ2 −の重合体が得られる。［式中、Ｘはハロゲン原子を表し、Ｙ 、Ｙ2 、Ｚは前記のとおりである。］
【００８５】
【化３２】
【００８６】
【化３３】
【００８７】
上記一般式（３３）で表される繰り返し単位（Ａ）モノマーの具体例としては、 上記一般式（２１）で表される繰り返し単位（Ａ）モノマーの具体例における、−Ｘを水素原子で置換した構造のものおよびその位置異性体が挙げられる。
上記一般式（３５）で表される繰り返し単位（Ａ）モノマーの具体例としては、上記一般式（２１）で表される繰り返し単位（Ａ）モノマーの具体例における、−Ｘを−ＣＯＸ（Ｘはハロゲン原子を示す）で置換した構造のものおよびその位置異性体が挙げられる。
上記一般式（３４）で表される繰り返し単位（Ｂ）モノマーの具体例としては、上記一般式（２４）で表される繰り返し単位（Ｂ）モノマーの具体例における、−Ｘを−ＣＯＸ（Ｘはハロゲン原子を示す）で置換した構造のものおよびその位置異性体が挙げられる。
上記一般式（３６）で表される繰り返し単位（Ｂ）モノマーの具体例としては、上記一般式（２４）で表される繰り返し単位（Ｂ）モノマーの具体例における、Ｘを水素原子で置換した構造のものが挙げられる。
【００８８】
重合体が繰り返し単位（Ａ）と繰り返し単位（Ｂ）からなり、連結基Ｐ およびＰ2 がいずれも−ＣＯ−の場合の合成例を以下に具体的に例示する。繰り返し単位（Ａ）のモノマーとして２−［４−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾイル］テレフタルクロリドを用い、繰り返し単位（Ｂ）のモノマーとしてジフェニルエーテルを用いる。両者を塩化アルミニウム等のフリーデルクラフツ触媒の存在下で共重合し、次いで、スルホン酸化剤を用いて、スルホン酸化した後に、スルフィド結合を酸化剤を用いて酸化してスルホンへ転化することで、連結基Ｐ ＝ＣＯ、Ｐ2 ＝ＣＯの下記（３８）式に示すポリマー（Ｑ＝−Ｏ−）のスルホン酸化物が高分子電解質として得られる。
【００８９】
【化３４】
［式中、Ｚ”は側鎖基を示す。］
【００９０】
同様にして、Ｑが−ＣＯ−、−Ｓ−、−ＳＯ2 −、−ＣＲ12−（Ｒ1 は水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基から選ばれる）または単結合であるポリマーを合成することができる。
【００９１】
［重合体の例−４］重合体が繰り返し単位（Ａ）と複数の繰り返し単位（Ｂ）からなり、連結基Ｐ が単結合、連結基Ｐ2 が−Ｏ−の場合：例えば一般式（３９）に示す、繰り返し単位（Ａ）モノマーと、一般式（４０）および一般式（４１）に示す、繰り返し単位（Ｂ）モノマーとの反応により、繰り返し単位（Ａ）と２種類の繰り返し単位（Ｂ）からなる、一般式（４２）で示される重合体を得ることができる。
【００９２】
【化３５】
［式中、Ｘ、Ｘ’、Ｘ’’はハロゲン原子を表し互いに異なっていても同一でも良く、Ｙ2 ’はＹ2 と同様の基であり、Ｙ 、Ｙ2 、Ｚは前記のとおりである。］
【００９３】
【化３６】
【００９４】
上記一般式（３９）で表される繰り返し単位（Ａ）モノマーの具体例としては、一般式（２１）に対する具体例と同様の化合物が挙げられる。上記一般式（４０）で表される繰り返し単位（Ｂ）モノマーの具体例としては、一般式（２４）に対する具体例と同様の化合物が挙げられる。上記一般式（４１）で表される繰り返し単位（Ｂ）モノマーの具体例としては、一般式（２２）に対する具体例と同様の化合物が挙げられる。
【００９５】
重合体が繰り返し単位（Ａ）と繰り返し単位（Ｂ）からなり、連結基Ｐ が単結合、連結基Ｐ2 が−Ｏ−の場合の例を以下に具体的に例示する。繰り返し単位（Ａ）のモノマーとして２，５−ジクロロ−４’−チオフェノキシベンゾフェノンを用い、繰り返し単位（Ｂ）のモノマーとして４−クロロフルオロベンゼンと４，４’−ジヒドロキシベンゾフェノンを用いる。まず、４−クロロフルオロベンゼンとビス（４−ヒドロキシフェニル）スルホンを炭酸カリウムの存在下で反応させてビス［４−（４−クロロフェノキシ）フェニル］スルホンを合成する。次にこのものと２，５−ジクロロ−４’−チオフェノキシベンゾフェノンを、遷移金属化合物を含む触媒の存在下で共重合し、次いで、スルホン酸化剤を用いて、スルホン酸化した後に、スルフィド結合を酸化剤を用いて酸化してスルホンへ転化することで、連結基Ｐ ＝単結合、Ｐ2 ＝−Ｏ−結合の下記（４３）式に示すポリマー（Ｑ＝−ＳＯ2 −）のスルホン酸化物が高分子電解質として得られる。本発明の重合体において、他の繰り返し単位中の繰り返し単位（Ｂ）の割合は、１０〜１００モル％、好ましくは２０〜１００モル％である。
【００９６】
【化３７】
［式中、Ｚ”は側鎖基を示す。］
【００９７】
本発明の高分子電解質の主鎖に含まれる芳香族残基は少なくとも一つの電子吸引基が結合していることが好ましい。この場合の電子吸引基は、例えば、−ＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−（ＣＦ2 ）p −（ここで、ｐは１〜１０の整数である）、−Ｃ（ＣＦ3 ）2 −、−ＣＯＯ−、−ＳＯ−、−ＳＯ−、−ＳＯ2 −などの２価の基；Ｆ、パーフルオロアルキル、−ＣＮ、−ＮＯ2 、−ＣＯＲ、−ＣＯＯ Ｒ（Ｒは水素、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基、ハロゲン化アリール基から選ばれる）、−ＣＯＮＲＲ’（Ｒ’は前記Ｒと同様の基である。）、−ＳＯ3 Ｒ、−ＳＯＲ、−ＳＯ2 Ｒなどの１価の基が挙げられる。
【００９８】
本発明の高分子電解質の構造例を以下に示す。［式中、Ｚは一般式（１）で表される側鎖を示す。］
【００９９】
【化３８】
【０１００】
【化３９】
【０１０１】
【化４０】
【０１０２】
【化４１】
【０１０３】
本発明の高分子電解質においては、側鎖Ｚにスルホン酸基が存在する。そして、少なくともｎ≧２で、かつ、スルホン酸基が二個以上導入されたＺを有する。なお、Ｚが直鎖状の場合には、同一側鎖の複数のＡｒ基にスルホン酸基が導入されていてもよい。さらに付加的に主鎖がスルホン酸基で置換されてもよい。本発明の製造方法においてスルホン酸基の導入方法は限定されず、例えば（１）重合体をスルホン酸化することにより導入してもよいし、（２）スルホン酸基を含有するモノマーを重合してもよいし、（３）スルホン酸基誘導体、スルホン酸基前駆体から選ばれる基を含有するモノマーを重合した後に当該基をスルホン酸基に変換することによりスルホン酸基を導入することもできる。
【０１０４】
本発明の高分子電解質の製造方法のおいて、スルホン酸基を導入する方法として、スルホン基を含有しない高分子をスルホン酸化することにより導入する場合には、スルホン酸化剤による常法のスルホン酸化を用いることができる。スルホン酸基を導入する方法としては、例えば、上記スルホン酸基を有しない高分子を、無水硫酸、発煙硫酸、クロルスルホン酸、硫酸、亜硫酸水素ナトリウムなどの公知のスルホン酸化剤を用いて、公知の条件でスルホン酸化することができる（本発明において、スルホン酸化とは、−Ｈなる基の水素原子をＳＯ3 Ｈで置換する反応を示す。）。
【０１０５】
このスルホン酸化の反応条件としては、上記スルホン酸基を有しない高分子を、無溶剤下、あるいは溶剤存在下で、上記スルホン酸化剤と反応させる。溶剤としては、例えばｎ−ヘキサンなどの炭化水素系溶剤、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル系溶剤、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシドのような非プロトン系極性溶剤のほか、テトラクロロエタン、ジクロロエタン、クロロホルム、塩化メチレンなどのハロゲン化炭化水素などが挙げられる。反応温度は特に制限はないが、通常、−５０〜２００℃、好ましくは−１０〜１００℃である。また、反応時間は、通常、０．５〜１，０００時間、好ましくは１〜２００時間である。
【０１０６】
このようにして得られる、本発明のスルホン酸基含有重合体中の、スルホン酸基量は、０．５〜５ミリグラム当量／ｇ、好ましくは０．７〜４ミリグラム当量／ｇ、さらに好ましくは０．８〜３ミリグラム当量／ｇである。低いスルホン酸基量では、プロトン伝導性が上がらず、一方、スルホン酸基量が高いと、親水性が向上し、構造によっては水溶性ポリマーとなってしまう。上記のスルホン酸基量は、反応条件（温度、時間）や仕込量（組成）により調整することができる。
【０１０７】
また、このようにして得られる本発明の高分子電解質の、スルホン酸化前またはスルホン酸の前駆体のポリマーの分子量は、ポリスチレン換算重量平均分子量で、１０００〜１００万、好ましくは１万〜１００万、さらに好ましくは２万〜８０万、特に好ましくは３万〜４０万である。１０００未満では、成形フィルムが割れ易く、また強度的性質にも問題がある。一方、１００万を超えると、溶解性が不充分となり、また溶液粘度が高く、加工性が不良になるなどの問題がある。
【０１０８】
次に、本発明の高分子電解質は、上記スルホン酸基含有重合体からなるが、上記スルホン酸基含有重合体以外に、硫酸、リン酸などの無機酸、カルボン酸を含む有機酸、適量の水などを併用しても良い。
【０１０９】
本発明の高分子電解質をフィルム化するには、例えば本発明のスルホン酸基含有重合体を溶剤に溶解したのち、塗布によりフィルム状に成形するキャスト法や、溶融成形法などが挙げられる。ここで、キャスト法における溶剤としては、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシドなどの非プロトン系極性溶剤やメタノールなどのアルコール系溶剤などが挙げられる。
【０１１０】
本発明の高分子電解質の構造は、例えば、赤外線吸収スペクトルや核磁気共鳴スペクトル（１Ｈ−ＮＭＲ、１３Ｃ−ＮＭＲ）により確認することができる。また、組成比は元素分析によっても測定でき、スルホン酸の含量は中和滴定によって測定することができる。
【実施例】
【０１１１】
以下、実施例を挙げ本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例中の各種の測定項目は、下記のようにして求めた。
［重量平均分子量］スルホン酸化前の前駆体ポリマーの数平均分子量，重量平均分子量は、溶媒にテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）を用い、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）によって、ポリスチレン換算の分子量を求めた。
［イオン交換容量］得られたポリマーの水洗水が中性になるまで充分に水洗し、乾燥後、所定量を秤量し、ＴＨＦ／水の混合溶剤に溶解し、フェノールフタレインを指示薬とし、ＮａＯＨの標準液にて滴定し、中和点から、イオン交換容量（スルホン酸化当量）を求めた。
［プロトン伝導度の測定］１００％相対湿度下に置かれた厚み４０〜６０μｍのフィルム状試料を、白金電極に挟み、複素インピーダンス測定を行い、プロトン伝導度を算出した。
［フェントン試験］過酸化水素濃度が３重量％、且つ硫酸第２鉄・７水和物を鉄イオンの濃度が２０ｐｐｍになるようにフェントン試薬を調製した。２５０ｃｃのポリエチレン製容器に２００ｇのフェントン試薬を採取し、３ｃｍ×４ｃｍ、膜厚４０〜６０μｍに切削した高分子電解膜を投入後、密栓後、５０℃の恒温水槽に浸漬させ、６時間のフェントン試験を行った。フェントン試験後、フィルムを取り出し、イオン交換水にて水洗後、２５℃・５０％ＲＨ２４時間保持して調湿を行い、重量測定を行った。フェントン試験における重量保持率は、下記の数式により算出した。
フェントン試験における重量保持率（％）＝（フェントン試験後のフィルム重量／フェントン試験前のフィルム重量）×１００
また、フェントン試験前後のイオン交換容量から、次式によりイオン交換容量保持率を求めた。このイオン交換容量保持率が高いほど脱ＳＯ３性が低いことを示す。
フェントン試験におけるイオン交換容量保持率（％）＝（フェントン試験前のイオン交換容量／フェントン試験後のイオン交換容量）×１００
［実施例１］
【０１１２】
（１）２，５−ジクロロ−４’−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノン［式（４４）］の合成
２，５−ジクロロ−４’−フルオロベンゾフェノン１０．８ｇ（４０ｍｍｏｌ）、４−フェニルスルファニルチオフェノール８．７ｇ（４０ｍｍｏｌ）と炭酸カリウム８．２９ｇ（６０ｍｍｏｌ）をディーンスターク管、冷却管、温度計を備えた三口フラスコにとり、ジメチルアセトアミド５０ｇとトルエン５０ｇの混合溶媒を注ぎ、撹拌した。次いで１３０℃まで昇温し、加熱還流しながら生成する水を除去した。さらにトルエンを系外に除去しながら１５０℃で４時間反応させた。ＴＬＣで反応が終了したことを確認後、室温まで内容物を冷却し、水に注ぎ１時間撹拌した。この混合物溶液中から有機物を分離、さらに酢酸エチルで抽出し、抽出層を水、食塩水で洗浄後、無水硫酸マグネシウムを用いて乾燥した。無機塩を濾別後、溶媒を留去し粗生成物を得た。酢酸エチル：ｎ−ヘキサン＝１：５（容積比）の混合溶媒で再結晶を行い、目的物を収量８５％で得た（１５．８ｇ）。
【０１１３】
【化４２】
【０１１４】
（２）ビス［４−［４−（４−クロロフェニルスルホニル）フェノキシ］フェニル］スルホンの合成
（２−１）４−クロロフェニル−４’−フルオロフェニルスルホンの合成
フルオロベンゼン１９２ｇ（２．０ｍｏｌ）と塩化アルミニウム６９．５ｇ（５２０ｍｍｏｌ）を、温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに入れ、窒素置換した。氷水で１０℃に冷却しながら、メカニカルスターラーにて撹拌した。４−クロロベンゼンスルホニルクロライド８４．４ｇ（４００ｍｍｏｌ）を滴下ろうとで３０分かけて滴下し、室温で４時間撹拌した。反応混合物を、濃塩酸：氷＝１：１０水溶液に投入し、１時間撹拌した。酢酸エチルで抽出し、有機層を５％炭酸水素ナトリウム水溶液、水、飽和食塩水で洗浄した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥後、酢酸エチルを減圧留去し、ヘキサン: 酢酸エチル混合溶媒で再結晶した。目的物が生成しているのをＮＭＲおよびＩＲスペクトルで確認した。収率８５％（９２．０ｇ）。
（２−２）ビス［４−［４−（４−クロロフェニルスルホニル）フェノキシ］ フェニル］スルホン［式（４５）］の合成
ビス（４−ヒドロキシフェニル）スルホン（ビスフェノールＳ）２５．０ｇ（１００ｍｍｏｌ）と炭酸カリウム３０．４ｇ（２２０ｍｍｏｌ）、ジメチルアセトアミド１００ｍｌ、トルエン５０ｍｌを、温度計、Ｄｅａｎ−Ｓｔａｒｋ管、還流管、三方コックをつけた三口フラスコに入れ、窒素置換した。オイルバスで１３０℃に昇温しながら撹拌し、反応により生成する水とトルエンを共沸させ、Ｄｅａｎ−Ｓｔａｒｋ管で除去した。水の生成が見られなくなったら、１５０℃まで昇温し、トルエンを留去した。反応溶液を８０℃まで冷却した後、４−クロロフェニル−４’−フルオロフェニルスルホン６７．６ｇ（２５０ｍｍｏｌ）を入れ、１１０℃で７ｈ撹拌した。副生成物である無機塩を濾過除去した後、濾液をメタノール５００ｍｌに投入して沈殿物をろ過し、トルエンにて再結晶した。目的物が生成しているのをＮＭＲおよびＩＲスペクトルで確認した。収率７１％（５１．０ｇ）。
【０１１５】
【化４３】
【０１１６】
（３）高分子電解質の合成
（３−１）重合
上記で得られたビス［４−［４−（４−クロロフェニルスルホニル）フェノキシ］フェニル］スルホン２５．１７ｇ（３５．０ｍｍｏｌ）、２，５−ジクロロ−４’−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノン１６．３ｇ（３５．０ｍｍｏｌ）、ビス（トリフェニルホスフィン）ニッケルジクロリド１．４３ｇ（２．２ ｍｍｏｌ）、よう化ナトリウム１．３７ｇ（９．１４ｍｍｏｌ）、トリフェニルホスフィン７．７３ｇ（２９．５ｍｍｏｌ）、亜鉛末１１．３ｇ（１７２ｍｍｏｌ）を反応容器に入れ、乾燥窒素で系内を置換した。Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）０．２リットルを加え、８０℃に加熱し、４時間攪拌することで重合をおこなった。重合後の反応溶液をテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）で希釈し、塩酸とメタノールの混合液を投入することでポリマーを回収し、次いでメタノール洗浄を４回繰り返し、ＴＨＦに溶解させたポリマーをメタノールで再沈殿させることにより精製し、濾別したポリマーを真空乾燥して、所望の重合体３４．７ｇ（９５％）を得た。ＧＰＣ（ＴＨＦ）で求めたポリスチレン換算の数平均分子量は４０，０００、重量平均分子量は１４５，０００であった。
【０１１７】
（３−２）重合体のスルホン酸化
上記で得られた重合体２０．０ｇを０．５リットルの反応溶液に入れ、９６％硫酸０．２５リットルを加え、窒素下室温で２日間攪拌を続けた。得られた溶液を５リットルのイオン交換水の中に注ぎ入れることでポリマーを沈殿させた。洗浄液のｐＨが５になるまでポリマーの水洗を繰り返した。乾燥して、２３．７ｇ（９５％）のスルホン酸化重合体を得た。
【０１１８】
（３−３）スルホン酸化重合体の酸化
上記で得られたスルホン酸化重合体２０．０ｇを２リットルのガラス反応容器へ入れ酢酸を０．８リットル、および３４％過酸化水素水溶液２００ｇを加え、攪拌しながら徐々に昇温し、９０℃で６時間反応を続けた。反応後、放冷し、ポリマーを濾別水洗後、真空乾燥して、所望の高分子電解質［式（４６）のスルホン酸化物］１９．６ｇ（９２％）を得た。構造解析により、スルホン酸基が側鎖当たり複数個側鎖に導入されていることを確認した。
【０１１９】
【化４４】
（４）高分子電解質膜としての評価
上記の高分子電解質の固形分量が３０ｗｔ％となるように、高分子電解質１５ｇおよびＮＭＰをフラスコに入れて、攪拌しながら８０℃で加熱溶解させてポリマーワニスを得た。バーコーター（２００μｍ用）を用い、ガラス基板上に貼り付けたＰＥＴ薄膜上に塗布後、乾燥器にて８０℃、０．５時間予備乾燥させ、塗膜をＰＥＴ薄膜から剥がした。剥がした塗膜を真空乾燥器で１００℃、３時間乾燥した。さらに、塗膜重量の１，０００倍量のイオン交換水中に室温で２日間浸漬させることで、ＮＭＰを除去したフィルムを得た。次に、フィルムを２５℃・５０％ＲＨ環境に２４時間静置することで調湿後、各種物性測定を行った。結果を表２に示す。得られた高分子電解質フィルムはフェントン試験に高い耐性を示し、高いプロトン伝導性を示した。この結果は、本発明の高分子電解質が、燃料電池用電解質材料として必要な、高い耐酸化性と高プロトン伝導性及び低脱ＳＯ３性を兼ね備えていることを示す。
［実施例２］
【０１２０】
（１）２，５−ジクロロ−４’−チオフェノキシベンゾフェノン［式（４７）］の合成
４−フェニルスルファニルチオフェノールの代わりにチオフェノール４．４ ｇ（４０ｍｍｏｌ）を用いたほかは、実施例１の２，５−ジクロロ−４’−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノンの合成と同様の方法を用いて目的物を収率８３％で得た（１１．９ｇ）。
【０１２１】
【化４５】
（２）４，４’−ビス［４−（４−クロロベンゾイル）フェノキシ］ベンゾフェノンの合成
（２−１）４−クロロ−４’−フルオロベンゾフェノンの合成
４−クロロベンゼンスルホニルクロライドの代わりに４−クロロベンゾイルクロライド７０．０ｇ（４００ｍｍｏｌ）を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、所望の化合物を得た。ＮＭＲおよびＩＲスペクトルで構造を確認した。収率７９％（７４．１ｇ）。
（２−２）４，４’−ビス［４−（４−クロロベンゾイル）フェノキシ］ベンゾフェノン［式（４８）］の合成
ビス（４−ヒドロキシフェニル）スルホンの代わりに４−クロロ−４’−フルオロベンゾフェノン５８．６ｇ（２５０ｍｍｏｌ）を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、所望の化合物を得た。ＮＭＲおよびＩＲスペクトルで構造を確認した。収率７５％（４８．２ｇ）。
【０１２２】
【化４６】
【０１２３】
（３）高分子電解質の合成
（３−１）重合
ビス［４−［４−（４−クロロフェニルスルホニル）フェノキシ］フェニル］スルホンの代わりに、上記で得られた４，４’−ビス［４−（４−クロロベンゾイル）フェノキシ］ベンゾフェノン２２．５ｇ（３５．０ｍｍｏｌ）を用い、２，５−ジクロロ−４’−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノンの代わりに２，５−ジクロロ−４’−チオフェノキシベンゾフェノン１２．６ｇ（３５．０ｍｍｏｌ）を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、所望の重合体３０．６ｇ（９４％）を得た。数平均分子量は４４，０００、重量平均分子量は１５０，０００ であった。
（３−２）重合体のスルホン酸化
上記で得た重合体を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、スルホン酸化重合体を得た（収率９６％）。
（３−３）スルホン酸化重合体の酸化
上記で得たスルホン酸化重合体を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、所望の高分子電解質［式（４９）のスルホン酸化物］（９２％）を得た。構造解析により、スルホン酸基が側鎖当たり２．６個側鎖に導入されていることを確認した。
【０１２４】
【化４７】
【０１２５】
（４）高分子電解質膜としての評価
上記で得た高分子電解質［式（４９）］を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、調湿した高分子電解質フィルムを得、各種物性測定を行った。結果を表２に示す。得られた高分子電解質フィルムはフェントン試験に高い耐性を示し、高いプロトン伝導性及び低脱ＳＯ３性を示した。
［実施例３］
【０１２６】
（１）２，５−ジクロロフェニル−４’−チオフェニルベンゼンスルフィド［ 式（５０）］の合成
窒素下で撹拌されているキノリン（０．５リットル）と１，２，４−トリクロロベンゼン３６ｇ（０．２ｍｏｌ）中に、ナトリウム４−フェニルスルファニルチオフェノラート１２０ｇ（０．５ｍｏｌ）を加えた。攪拌しながら昇温し反応温度１６０℃で３時間撹拌した。反応混合物を水に注ぎ、ジイソプロピルエーテルで抽出後、溶媒を除去すると目的物が得られた。収率９０％（６５．３ｇ）。
【０１２７】
【化４８】
（２）高分子電解質の合成
（２−１）重合
ビス（４−ヒドロキシフェニル）スルホン２５．０ｇ（１００ｍｍｏｌ）、炭酸カリウム３０．４ｇ（２２０ｍｍｏｌ）、ジメチルアセトアミド０．１リットルおよびトルエン０．０５リットルを、温度計、ディーンスターク管、還流管、三方コックを付けた三口フラスコへ入れ、窒素置換した。１３０℃の油浴で加熱しながら攪拌し、反応により生成する水をトルエンで共沸させてディーンスターク管で反応系から分離した。水が生成しなくなった時点で油浴温度を１５０℃としトルエンを留去した。反応溶液を８０℃まで冷却した後、２，５−ジクロロフェニル−４’−チオフェニルベンゼンスルフィド３６．３ｇ（１００ ｍｍｏｌ）を入れ、油浴温度１５０℃で２０時間攪拌した。副生物である無機塩を濾過分離した後、濾液をメタノール２リットルに投入して沈殿物を濾過し、メタノールで洗浄後、真空乾燥することで目的の重合体を得た（収率８７％）。数平均分子量は４８，０００、重量平均分子量は１５０，０００であった。
（２−２） 重合体のスルホン酸化
上記で得た重合体を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、スルホン酸化重合体を得た（収率９５％）。
（３−３）スルホン酸化重合体の酸化
上記で得たスルホン酸化重合体を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、所望の高分子電解質［式（５１）のスルホン酸化物］（９４％）を得た。構造解析により側鎖当たり２．１個のスルホン酸基が側鎖に導入されていることを確認した。
【０１２８】
【化４９】
【０１２９】
（４）高分子電解質膜としての評価
上記で得た高分子電解質［式（５１）］を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、調湿した高分子電解質フィルムを得、各種物性測定を行った。結果を表２に示す。得られた高分子電解質フィルムはフェントン試験に高い耐性を示し、高いプロトン伝導性及び低脱ＳＯ３性を示した。
［実施例４］
【０１３０】
（１）高分子電解質の合成
（１−１）重合
ビス（４−ヒドロキシフェニル）スルホンの代わりに４，４ ’−ジヒドロキシベンゾフェノンを使用し、２，５−ジクロロフェニル−４’−チオフェニルベンゼンスルフィドの代わりに２，５−ジクロロ−４’−（４−チオフェノキシ）チオフェノキシベンゾフェノンを用いたほかは実施例３の重合と同様の方法で目的の重合体を得た（収率９２％）。数平均分子量は５１，０００、重量平均分子量は１６０，０００であった。
（１−２）重合体のスルホン酸化
上記で得た重合体を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、スルホン酸化重合体を得た（収率９５％）。
（１−３）スルホン酸化重合体の酸化
上記で得たスルホン酸化重合体を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、所望の高分子電解質［式（５２）のスルホン酸化物］（９２％）を得た。構造解析により、側鎖当たり１．９個のスルホン酸基が側鎖に導入されていることを確認した。
【０１３１】
【化５０】
【０１３２】
（２）高分子電解質膜としての評価
上記で得た高分子電解質［式（５２）のスルホン化物］を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、調湿した高分子電解質フィルムを得、各種物性測定を行った。結果を表２に示す。得られた高分子電解質フィルムはフェントン試験に高い耐性を示し、高いプロトン伝導性を示した。
［比較例１］
【０１３３】
ポリエーテルエーテルケトン（ＩＣＩ社）を実施例１と同様の方法でスルホン酸化し、得られたスルホン酸化ポリエーテルエーテルケトン［Ｓ−ＰＥＥＫ、式（５３）］の高分子電解質膜としての評価を行った。結果を表２に示す。
【０１３４】
【化５１】
［比較例２］
【０１３５】
特開２００３−２０１４０３号公報の参考例２に記載の方法で下式（５４）に示すポリマーＢのスルホン酸化物を得、このものの高分子電解質膜としての評価を行った。結果を表２に示す。
【０１３６】
【化５２】
（但し、ｊ／ｋ＝６．９であり、ｎは５．５である。）
【０１３７】
【表２】
[実施例５]
【０１３８】
（１） ４−（４’−スルホニルフェニルチオ）ベンゼンスルホニルクロライド［式（５５）］の合成
【０１３９】
【化５３】
【０１４０】
温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコにジフェニルスルフィド２０．０ｇ（１０８ ｍｍｏｌ）とクロロホルム ３５ｍｌを入れ、乾燥窒素で系内を置換した。この溶液を氷水で５℃に冷却し、クロロ硫酸 ２５．１ｇ（２１５ｍｍｏｌ）をゆっくり滴下した。反応溶液を５℃、３時間撹拌すると、白色固体が析出してきた。薄層クロマトグラフィーにて、全てのジフェニルスルフィドが反応したことを確認したあと、塩化チオニル２５．６ｇ（２１５ｍｍｏｌ）をゆっくり滴下した。９０分還流したあと、溶媒のクロロホルムを留去し、真空乾燥した。収率：９６％（３７．８ｇ）
【０１４１】
（２）ポリエーテルスルホンへの４−（４’−スルホニルフェニルチオ）ベンゼンスルホニルクロライド［式（５５）］の導入反応
【０１４２】
【化５４】
【０１４３】
ポリエーテルスルホン（ソルベイアドバンストポリマーズ社製、Ｒａｄｅｌ Ａ−２００）２．０ｇ、ニトロベンゼン３０ｍｌを反応容器に入れ、６０℃で加熱溶解しながら乾燥窒素で系内を置換した。このポリマー溶液に４−（４’−スルホニルフェニルチオ）ベンゼンスルホニルクロライド［式（５５）］ ６．２８ｇ（１７．２４ｍｍｏｌ）を入れ、溶解させた。この溶液に塩化アルミニウム２．５４ｇ（１８．８０ｍｍｏｌ）を少量ずつ加え、８０℃、２０時間で撹拌した。反応溶液をメタノール：塩酸＝１０：１混合溶液 ５００ｍｌに投入し、析出した固体を粉砕しながら撹拌した。この固体をろ過したあと、メタノールで数回洗浄し、８０℃で真空乾燥した。収量は２．２２ｇであった。
（３）上記で得た固体（式（５６））を用いた他は実施例１と同様の方法でスルホン酸化を行った。
【０１４４】
（４）酸化反応［式（５７）の合成］
温度計をつけた二口フラスコに側鎖導入反応した式（５６）記載のポリマー１．０ｇと酢酸２０ｍｌを入れた。この混合物に３０％過酸化水素水１０００ｍｇ（９．０ｍｍｏｌ）を加え、３時間還流した。系内の固体を吸引ろ過して水洗し、１００℃にて真空乾燥した。ＮＭＲ、ＩＲより側鎖のスルフィドがスルホンに変換していることを確認した。また、側鎖当たり複数のスルホン酸基が側鎖に導入されていることを確認した。収量は８８０ｍｇであった。
上記で得た高分子電解質［式（５７）］を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、調湿した高分子電解質フィルムを得、各種物性測定を行った。結果を表３に示す。得られた高分子電解質フィルムはフェントン試験に高い耐性を示し、高いプロトン伝導性及び低脱ＳＯ３性を示した。
【０１４５】
【化５５】
［比較例３］
【０１４６】
式（５７）で示されるポリマーを用いる他は、実施例５と同様にして、物性測定を行った。結果を表３に示す。この結果を実施例５と比較すると、実施例５においては、側鎖ベンゼン環の連結基が全て電子吸引基である−ＳＯ２−基になることにより、電子供与基である−Ｓ−基を側鎖連結基として有する比較例３の電解質より耐酸化性が高く、かつ、プロトン伝導性も優れ、かつ、脱ＳＯ３性も低いことがわかる。
[実施例６]
【０１４７】
（１）ポリエーテルスルホンへの４−（４’−スルホニルフェニルチオ）ベンゼンスルホニルクロライド［式（５５）］の導入反応（２）
撹拌温度を９０℃、撹拌時間を４０時間にした以外は実施例１−（２）記載と同様の方法にて合成した。
（２）酸化反応
実施例１−（３）記載と同様の方法にて酸化反応を行った。得られた電解質を用いたほかは、実施例５と同様の方法で物性測定を行った。結果を表３に示す。得られた電解質フィルムはフェントン試験に高い耐性を示し、高プロトン伝導性及び低脱ＳＯ３性を示した。
[実施例７]
【０１４８】
（１） ポリエーテルエーテルスルホンへの４−（４’−スルホニルフェニルチオ）ベンゼンスルホニルクロライド［式（５５）］の導入反応
【０１４９】
【化５６】
【０１５０】
ポリエーテルエーテルスルホン（Aldrich製）３．０ｇ、ニトロベンゼン６０ｍｌを反応容器に入れ、６０℃で加熱溶解しながら乾燥窒素で系内を置換した。このポリマー溶液に４−（４’−スルホニルフェニルチオ）ベンゼンスルホニルクロライド［式（５５）］３．５０ｇ（３７ｍｍｏｌ）を入れ、溶解させた。この反応溶液に塩化アルミニウム５．４４ｇ（４０．８ｍｍｏｌ）を少量ずつ加え、９０℃、４０時間で撹拌した。反応溶液をメタノール：塩酸＝１０：１混合溶液 ５００ｍｌに投入し、析出した固体を粉砕しながら撹拌した。この固体をろ過したあと、メタノールで数回洗浄し、８０℃で真空乾燥して、収量が４．３６ｇのポリマー（式（５８））を得た。
（２）上記で得たポリマー（式（５８））を用いたほかは実施例１と同様の方法を用いてスルホン酸化を行った。
【０１５１】
（３）酸化反応［式（５９）の合成］
実施例１−（３）記載と同様の方法にて酸化反応を行った。側鎖当たり１．６個のスルホン酸基が側鎖に導入されていることを確認した。
上記で得た高分子電解質［式（５９）］を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、調湿した高分子電解質フィルムを得、各種物性測定を行った。結果を表３に示す。得られた高分子電解質フィルムはフェントン試験に高い耐性を示し、高いプロトン伝導性及び低脱ＳＯ３性を示した。
【０１５２】
【化５７】
【０１５３】
【表３】
［実施例８］
【０１５４】
ポリエーテルスルホンへの分岐型側鎖の導入
（１）ビス（チオフェノキシ）ベンゼンスルホニルクロリド（式(６０)）の合成
温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに１，４−ジブロモベンゼン５０ｇ（２１２ｍｍｏｌ）とクロロホルム１６ｍｌを入れ、乾燥窒素で系内を置換した。これに室温でクロロホルム１００ｍｌに溶解したクロロ硫酸２７．２ｇ（２３３ｍｍｏｌ）をゆっくり滴下した。室温にて４時間、さらに冷却管を取り付けてクロロホルム還流下で10時間反応させた。薄層クロマトグラフィーにて全ての１，４−ジブロモベンゼンが反応したことを確認したあと、減圧下クロロホルムとクロロ硫酸を留去し精製してジブロモベンゼンスルホン酸５６．９ｇ（１８０ｍｍｏｌ）を得た（収率８５％）。次にチオフェノール３．５ｇ（７９ｍｍｏｌ）をディーンスターク管、冷却管、温度計を備えた三口フラスコにとり、水酸化カリウム４．５ｇとＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド２５ｍｌ、トルエン２５ｍｌを加えてスターラーで攪拌した。１５０℃まで昇温し、加熱還流しながら生成する水を除去した。これにジブロモベンゼンスルホン酸７．１ｇ（２３ｍｍｏｌ）を加え、１６０℃で４時間反応させた。薄層クロマトグラフィーで反応が終了したことを確認後、この混合物溶液中から有機物を分離、再結晶による精製をして、ビス（チオフェノキシ）ベンゼンスルホン酸７．２ｇを得た（収率８４％）。これを温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに入れ、クロロホルム１００ｍｌを入れて溶解させる。滴下ろうとで塩化チオニル２．１ｇ（２１．２ｍｍｏｌ）をゆっくり滴下し、９０分還流したあと、クロロホルムを留去して真空乾燥し、ビス（チオフェノキシ）ベンゼンスルホニルクロリド（式（６０））６．４ｇを得た（収率８５％）。
【０１５５】
【化５８】
【０１５６】
（２）ポリエーテルスルホンへのビス（チオフェノキシ）ベンゼンスルホニルクロライド（式(６０)）の導入反応
ポリエーテルスルホン（ソルベイアドバンストポリマーズ社製、Ｒａｄｅｌ Ａ−２００）２．０ｇ、ニトロベンゼン３０ｍｌを反応容器に入れ、６０℃で加熱溶解しながら乾燥窒素で系内を置換した。このポリマー溶液にビス（チオフェノキシ）ベンゼンスルホニルクロライド（式（６０））６．７０ｇ（１７．０８ｍｍｏｌ）を入れ、溶解させた。この溶液に塩化アルミニウム２．５４ｇ（１８．９６ｍｍｏｌ）を少量ずつ加え、８０℃、２０時間で撹拌した。反応溶液をメタノール：塩酸＝１０：１混合溶液 ５００ｍｌに投入し、析出した固体を粉砕しながら撹拌した。この固体をろ過したあと、メタノールで数回洗浄し、８０℃で真空乾燥して側鎖導入したポリエーテルスルホン（式（６１））を得た。収量は２．３１ｇであった。
【０１５７】
【化５９】
【０１５８】
（３）側鎖基のスルホン化
温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに側鎖導入した式（６１）記載のポリマー２．００ｇとクロロホルム１６ｍｌを入れ、乾燥窒素で系内を置換した。これに室温でクロロホルム１００ｍｌに溶解したクロロ硫酸４．０ｇ（４０ｍｍｏｌ）をゆっくり滴下した。室温にて４時間、さらに冷却管を取り付けてクロロホルム還流下で10時間反応させた。薄層クロマトグラフィーにて全ての原料ポリマーが反応したことを確認したあと、減圧下クロロホルムとクロロ硫酸を留去し精製して側鎖導入反応したポリエーテルスルホンのスルホン化物（式（６２））２．０３ｇを得た。
【０１５９】
【化６０】
【０１６０】
（４）酸化反応
温度計をつけた二口フラスコに、側鎖導入しスルホン化反応した式（６２）記載のポリマー１．０ｇと酢酸２０ｍｌを入れた。この混合物に３０％過酸化水素水１０００ｍｇ（９ｍｍｏｌ）を加え、３時間還流した。系内の固体を吸引ろ過して水洗し、１００℃にて真空乾燥して最終目的の電解質ポリマー（式（６３））を得た。ＮＭＲ、ＩＲより側鎖のスルフィドがスルホンに変換していることを確認した。収量は０．８７ｇであった。側鎖当たり複数のスルホン酸基が導入されていることを確認した。上記で得た高分子電解質（式（６３））を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、調湿した高分子電解質フィルムを得、各種物性測定を行った。結果を表３に示す。得られた高分子電解質フィルムはフェントン試験に高い耐性を示し、高いプロトン伝導性及び低脱ＳＯ３性を示した。
【０１６１】
【化６１】
［実施例９］
【０１６２】
ポリエーテルスルホンへの長分岐側鎖の導入
（１）４−チオフェノキシベンゼンスルフィドの合成
温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに３−ブロモ−１−フルオロベンゼン５０．０ｇ（２８６ｍｍｏｌ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド３００ｍｌを入れ、ナトリウムチオメチラート２２．０ｇ（３１４ｍｍｏｌ）をＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド１００ｍｌに溶解したものを滴下ろうとでゆっくり滴下し、２０℃で１００時間攪拌して反応させた。薄層クロマトグラフィーにて全ての３−ブロモ−１−フルオロベンゼンが反応したことを確認したあと、この混合物溶液中から有機物を分離、再結晶による精製をして、４−ブロモフェニルメチルスルフィド４９．３ｇ（２４３ｍｍｏｌ）を得た。次に温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに４−ブロモフェニルメチルスルフィド４５．０ｇ（２２２ｍｍｏｌ）、酸化銅１５．５ｇ、ピリジン６０ｍｌキノリン２４０ｍｌを入れ、チオフェノール２６．８ｇ（２４４ｍｍｏｌ）をピリジン２０ｍｌキノリン８０ｍｌに溶解・分散したものを滴下ろうとで加え、１５０℃で４０時間反応させた。薄層クロマトグラフィーで反応が終了したことを確認後、この混合物溶液中から有機物を分離、再結晶による精製をして、４−チオフェノキシフェニルメチルスルフィド ４３．８ｇ（１８９ｍｍｏｌ）を得た。続いて得られた４−チオフェノキシフェニルメチルスルフィド４０．０ｇ（１７２ｍｍｏｌ）とＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド３００ｍｌを温度計、冷却管をつけた三口フラスコに入れ、ナトリウムチオｔ−ブチラート２１．３ｇ（１９０ｍｍｏｌ）をＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド３００ｍｌに溶解したものを滴下ろうとで加え、１５０℃で４時間反応させた。薄層クロマトグラフィーで反応が終了したことを確認後、この混合物溶液中から有機物を分離、再結晶による精製をして、４−チオフェノキシベンゼンスルフィド３２．２ｇ（１４８ｍｍｏｌ）を得た（収率８６％）。
【０１６３】
（２）長分岐型スルフィドの合成
（１）でチオフェノールの代わりに（１）で得た４−チオフェノキシベンゼンスルフィド３０．０ｇ（１３８ｍｍｏｌ）を用いる以外は同様にして、長分岐型スルフィド（式（６４））３１．０ｇを得た（収率８３％）。
【０１６４】
【化６２】
【０１６５】
（３）スルホン化反応
温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに長分岐スルフィド（式（６４））３１．０ｇ（５７．２ｍｍｏｌ）とクロロホルム２００ｍｌを入れ、乾燥窒素で系内を置換した。これに室温でクロロホルム１００ｍｌに溶解したクロロ硫酸７．３４ｇ（６３．０ｍｍｏｌ）をゆっくり滴下した。室温にて４時間、さらに冷却管を取り付けてクロロホルム還流下で１０時間反応させた。薄層クロマトグラフィーにて全ての原料ポリマーが反応したことを確認したあと、減圧下クロロホルムとクロロ硫酸を留去し精製して長分岐スルフィドのスルホン化物（式（６５））３６．１ｇを得た（収率９０％）。
【０１６６】
【化６３】
【０１６７】
（４）酸化反応
温度計をつけた二口フラスコに、長分岐スルフィドのスルホン化物３６．０ｇ（５１．３ｍｍｏｌ）と酢酸２００ｍｌを入れた。この混合物に３０％過酸化水素水１１６ｇ（１．０３ｍｍｏｌ）を加え、３時間還流した。系内の固体を吸引ろ過して水洗し、１００℃にて真空乾燥して長分岐型スルホンのスルホン化物（式（６６））４２．８ｇを得た（収率９５％）。
【０１６８】
【化６４】
【０１６９】
（５）塩素化
長分岐型スルホンのスルホン化物（式（６６））３０．０ｇ（３４．２ｍｍｏｌ）を温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに入れ、クロロホルム１００ｍｌを入れて溶解させる。滴下ろうとで塩化チオニル３．７４ｇ（３７．６ｍｍｏｌ）をゆっくり滴下し、９０分還流したあと、クロロホルムを留去して真空乾燥し、長分岐型スルホンの塩化スルホニル（式（６７））２７．０ｇを得た（収率８８％）。
【０１７０】
【化６５】
【０１７１】
（６）ポリエーテルスルホンへの長分岐型スルホンの塩化スルホニルの導入反応
実施例８の２）でビス（チオフェノキシ）ベンゼンスルホニルクロライドの代わりに長分岐型スルホンの塩化スルホニルを用いる以外は同様にして、長分岐型スルホンの側鎖を有するポリエーテルスルホン（式（６８））を得た。収量は２．０５ｇであった。上記で得た高分子電解質［式（６８）］を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、調湿した高分子電解質フィルムを得、各種物性測定を行った。結果を表３に示す。得られた高分子電解質フィルムはフェントン試験に高い耐性を示し、高いプロトン伝導性及び低脱ＳＯ３性を示した。
【０１７２】
【化６６】
［実施例１０］
【０１７３】
ポリエーテルスルホンへの多分岐側鎖の導入
（１）ビス（３，５−チオフェノキシ）ベンゼンスルフィドの合成
温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに３，５−ジブロモ-1-フルオロベンゼン５０．０ｇ（１９７ｍｍｏｌ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド３００ｍｌを入れ、ナトリウムチオメチラート１５．２ｇ（２１７ｍｍｏｌ）をＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド１００ｍｌに溶解したものを滴下ろうとでゆっくり滴下し、２０℃で４．５日間攪拌して反応させた。薄層クロマトグラフィーにて全ての３，５−ジブロモ-1-フルオロベンゼンが反応したことを確認したあと、この混合物溶液中から有機物を分離、再結晶による精製をして、３，５−ジブロモフェニルメチルスルフィド４８．３ｇ（１７１ｍｏｌ）を得た（収率８７％）。次に温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに３，５−ジブロモフェニルメチルスルフィド４５ｇ（１６０ｍｍｏｌ）、酸化銅２２．４ｇ、ピリジン６０ｍｌキノリン２４０ｍｌを入れ、チオフェノール３８．７ｇ（３５２ｍｍｏｌ）をピリジン２０ｍｌキノリン８０ｍｌに溶解・分散したものを滴下ろうとで加え、１５０℃で４０時間反応させた。薄層クロマトグラフィーで反応が終了したことを確認後、この混合物溶液中から有機物を分離、再結晶による精製をして、ビス（３，５−チオフェノキシ）フェニルメチルスルフィド４５．７ｇ（１３４ｍｍｏｌ）を得た。続いて得られたビス（３，５−チオフェノキシ）フェニルメチルスルフィド４０．０ｇ（１１８ｍｍｏｌ）を温度計、冷却管をつけた三口フラスコに入れ、ナトリウムチオｔ−ブチラート１４．５ｇ（１２９ｍｍｏｌ）をＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド３００ｍｌに溶解したものを滴下ろうとで加え、１５０℃で４時間反応させた。薄層クロマトグラフィーで反応が終了したことを確認後、この混合物溶液中から有機物を分離、再結晶による精製をして、ビス（３，５−チオフェノキシ）ベンゼンスルフィド３３．１ｇ（１０１ｍｍｏｌ）を得た（収率８６％）。
【０１７４】
（２）多分岐型スルフィド(式（６９）)の合成
１）でチオフェノールの代わりに１）で得たビス（３，５−チオフェノキシ）ベンゼンスルフィド３０．０ｇ（９２．０ｍｍｏｌ）を用いる以外は同様にして、多分岐型スルフィド（式（６９））３１．４ｇを得た。（収率９０％）
【０１７５】
【化６７】
【０１７６】
（３）スルホン化反応
温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに多分岐型スルフィド（式（６９））３０．０ｇ（３９．６ｍｍｏｌ）とクロロホルム２００ｍｌを入れ、乾燥窒素で系内を置換した。これに室温でクロロホルム１００ｍｌに溶解したクロロ硫酸５．０７ｇ（４３．５ｍｍｏｌ）をゆっくり滴下した。室温にて４時間、さらに冷却管を取り付けてクロロホルム還流下で10時間反応させた。薄層クロマトグラフィーにて全ての原料スルフィドが反応したことを確認したあと、減圧下クロロホルムとクロロ硫酸を留去し精製して多分岐型スルフィドのスルホン化物（式（７０））３６．３ｇを得た（収率８５％）。
【０１７７】
【化６８】
【０１７８】
（４）酸化反応
温度計をつけた二口フラスコに、多分岐型スルフィドのスルホン化物３６．０ｇ（３３．４ｍｍｏｌ）と酢酸２００ｍｌを入れた。この混合物に３０％過酸化水素水１１４ｇ（１．００ｍｏｌ）を加え、３時間還流した。系内の固体を吸引ろ過して水洗し、１００℃にて真空乾燥して多分岐型スルホンのスルホン化物（式（７１））３９．６ｇを得た（収率９０％）。
【０１７９】
【化６９】
【０１８０】
（５）塩素化
多分岐型スルホンのスルホン化物（式（７１））３０．０ｇ（２２．８ｍｏｌ）を温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに入れ、クロロホルム１００ｍｌを入れて溶解させる。滴下ろうとで塩化チオニル２．４９ｇ（２５．０ｍｍｏｌ）をゆっくり滴下し、９０分還流したあと、クロロホルムを留去して真空乾燥し、多分岐型スルホンのスルホニルクロライド（式（７２））２７．１ｇを得た（収率８９％）。
【０１８１】
【化７０】
【０１８２】
（６）ポリエーテルスルホンへの多分岐型スルホンのスルホニルクロライドの導入反応
実施例８−（２）でビス（チオフェノキシ）ベンゼンスルホニルクロライドの代わりに多分岐型スルホンの塩化スルホニルを用いる以外は同様にして、多分岐型スルホンの側鎖を有するポリエーテルスルホン（式（７３））を得た。収量は２．１０ｇであった。
【０１８３】
【化７１】
【０１８４】
上記で得た高分子電解質［式（７３）］を用いたほかは実施例１と同様の方法を用い、調湿した高分子電解質フィルムを得、各種物性測定を行った。結果を表３に示す。得られた高分子電解質フィルムはフェントン試験に高い耐性を示し、高いプロトン伝導性及び低脱ＳＯ３性を示した。
［実施例１１］
【０１８５】
実施例５で得られた高分子電解質をＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）溶液とし、キャスト法でそれぞれ膜厚５０μｍのフイルムを作製した。このフイルムの両面を触媒付電極（エレクトロケム製ＥＣ−２０−１０−７）ではさみ、ホットプレスしてＭＥＡ（膜電極接合体）を作製した。このＭＥＡを純水に２時間浸漬し吸水させ、評価セル（エレクトロケム製ＦＣ−０５−０１−ＳＰ：２５ｃｍ２）に組み込んだ。
［発電特性評価］
８０℃に保った上記セルのアノード側へ水素（相対湿度３０％）を、カソード側へ空気（相対湿度５０％）を供給し、電流密度０．３Ａ／ｃｍ２で長時間稼動試験を行った。出力電圧が初期電圧の９０％になるまでの時間は３４００時間であった。
［比較例４］
【０１８６】
比較例３で得られた高分子電解質を用いたほかは、実施例１１と同様に発電特性評価を行った。出力電圧が初期電圧の９０％になるまでの時間は、２８０時間であった。この結果は、実施例５で得た電解質膜の耐久性が非常に高いことを示す。
［実施例１２］
【０１８７】
実施例１０で得られた高分子電解質を用いたほかは、実施例１１と同様にして発電特性評価を行った。出力電圧が初期電圧の９０％になるまでの時間は７０００時間以上であった。この結果は、実施例５で得た、分岐型側鎖を有する高分子電解質膜の耐久性が非常に高いことを示す。
【産業上の利用可能性】
【０１８８】
本発明は、固体高分子形燃料電池の電解質およびバインダーとして有用である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも下記一般式（１）で表される繰り返し単位を有する事を特徴とする燃料電池用高分子電解質
【化１】
（Ｙは芳香族残基を表し、Ｐは −ＣＯ−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ−、−ＳＯ２−、−ＣＯＮＨ−、−Ｃ（ＣＦ３）２−、単結合から選ばれる連結基であり、ｋは１〜４の整数であって、式中の側鎖部分Ｚは、下記一般式（２）で表される。
Ｚ＝−（Ｘ１Ａｒ１（Ｂ１））−（Ｘ２Ａｒ２（Ｂ２））−・・・−（Ｘｎ−１Ａｒｎ−１（Ｂｎ−１））−（ＸｎＡｒｎ） （２）
式（２）中のＢ１〜Ｂｎ−１は、側鎖部分Ｚにおける分岐鎖を意味し、以下の式で表される。
Ｂ１＝−〔（Ｘ２Ａｒ２（Ｂ２））−（Ｘ３Ａｒ３（Ｂ３））−・・・−（Ｘｎ−１Ａｒｎ−１（Ｂｎ−１））−（ＸｎＡｒｎ）〕ｆ
Ｂ２＝−〔（Ｘ３Ａｒ３（Ｂ３））−・・・−（Ｘｎ−１Ａｒｎ−１（Ｂｎ−１））−（ＸｎＡｒｎ）〕ｆ
・
・
・
Ｂｎ−１＝−〔ＸｎＡｒｎ〕ｆ
（２）式中
ｎは各々独立に２〜５の整数、
ｆは各々独立に０〜５の整数、
Ａｒは各々独立に芳香族残基であって、
Ｘは各々独立に−ＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−（ＣＦ２）ｐ−（ｐは１〜１０の整数）、−Ｃ（ＣＦ３）２−、−ＣＯＯ−、−ＳＯ−、−ＳＯ２−から選ばれる連結基である。
そして、−ＳＯ３Ｈ基が二個以上導入されたＺを有する。）
【請求項２】
Ｐが −ＣＯ−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ２−、−Ｃ（ＣＦ３）２− から選ばれる連結基であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用高分子電解質
【請求項３】
ｋが１〜２の整数であり、ｆが各々独立に０〜２の整数であることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池用高分子電解質
【請求項４】
少なくとも一つのｆが１または２であることを特徴とする請求項３記載の燃料電池用高分子電解質
【請求項５】
ｆが０または１であり、少なくとも一つのｆが１であることを特徴とする請求項３記載の燃料電池用高分子電解質
【請求項６】
高分子に側鎖導入剤を反応させることを特徴とする、請求項１の一般式（１）で表される繰り返し単位を有する燃料電池用高分子電解質の製造方法
【請求項７】
高分子が下記一般式（３）で表される繰り返し単位を有し、側鎖導入剤が下記一般式（４）で表されることを特徴とする、請求項６の燃料電池用高分子電解質の製造方法
【化２】
（ＹおよびＰは上記一般式（１）に記載のものと同様であり、Ｕは水素原子、−ＣＯＸ、−ＳＯ２Ｘから選ばれる反応性基であり、Ｘはハロゲン原子、ＯＲ（Ｒは水素原子、アルキル基、またはアリール基）、水酸基から選ばれる。）
［化３］
Ｚ’−Ｖ （４）
（式（３）のＵが水素原子の場合、Ｖは−ＣＯＸ、−ＳＯ２Ｘから選ばれる反応性基であり、Ｕが−ＣＯＸ、−ＳＯ２Ｘから選ばれる反応性基である場合には、Ｖは水素原子であり、Ｚ’は、下記一般式（５）で表される。
Ｚ’＝−（Ａｒ１（Ｂ１））−（Ｘ２Ａｒ２（Ｂ２））−・・・−（Ｘｎ−１Ａｒｎ−１（Ｂｎ−１））−（ＸｎＡｒｎ） （５）
（５）式中、Ａｒ、Ｂ、ｎは上記一般式（１）に記載のものと同様であり、かつ、Ａｒはスルホン酸基を有していて良く、Ｘは −Ｓ−、−ＣＨ２−、−ＣＸ”２−（Ｘ”は非フッ素ハロゲン原子）、−Ｃ（ＯＲ”）２−（Ｒ”はアルキル基）、−Ｃ（ＯＲ”）２−Ｏ−（Ｒ”はアルキル基）、−（Ｃ（ＯＲ”）２）ｐ−（Ｒ”はアルキル基）から選ばれる連結基前駆体、及び上記一般式（１）に記載の連結基から選ばれる。）
【請求項８】
前記一般式（３）で表される繰り返し単位を有する高分子と前記一般式（４）で表される側鎖導入剤を反応させるに際し、
（ｉ）側鎖導入剤がスルホン酸基またはその前駆体を有せず、かつ、側鎖導入剤のＸが、電子供与性の連結基前駆体であって、高分子と反応後、スルホン酸化を行い、続いて連結基前駆体を電子吸引性の連結基に変換することにより、
または、
（ｉｉ）側鎖導入剤がスルホン酸基またはその前駆体を有し、かつ、側鎖導入剤のＸが、
（ｉｉ−１）電子供与性の連結基前駆体である場合には、続いて連結基前駆体を電子吸引性の連結基に変換することにより、
（ｉｉ−２）電子吸引性の連結基である場合には、その状態で、一般式（１）で表される繰り返し単位を有する燃料電池用高分子電解質を得ることを特徴とする、
請求項７の燃料電池用高分子電解質の製造方法
【請求項９】
少なくとも側鎖を有するモノマーを用いて重合させることを特徴とする、請求項１の一般式（１）で表される繰り返し単位を有する燃料電池用高分子電解質の製造方法
【請求項１０】
側鎖を有するモノマーが下記一般式（６）であることを特徴とする、請求項９記載の燃料電池用高分子電解質の製造方法
【化４】
［式中、ｋおよびＹは一般式（１）と同様であり、ＷおよびＷ’は水素原子、ハロゲン、−ＣＯＸ（ＸはハロゲンまたはＯＲ（Ｒは水素原子、アルキル基、またはアリール基））、−ＯＨ、−ＳＨ、−ＳＯ2 Ｘ（Ｘは前記のとおり）から選ばれ、同一であっても異なっていても良く、Ｚ”はＸが連結基及び前記の連結基前駆体から選ばれ、Ａｒがスルホン酸基を有していて良いことを除いて一般式（１）のＺと同様である。］
【請求項１１】
少なくとも前記一般式（６）で表されるモノマーを重合させるに際し、
（ｉ）Ｚ”がスルホン酸基またはその前駆体を有せず、かつ、Ｚ”のＸが電子供与性の連結基前駆体であって、重合後、スルホン酸化を行い、続いて連結基前駆体を電子吸引性の連結基に変換することにより、
または、
（ｉｉ）Ｚ”がスルホン酸基またはその前駆体を有し、かつ、Ｚ”のＸが、
（ｉｉ−１）電子供与性の連結基前駆体である場合には、続いて連結基前駆体を電子吸引性の連結基に変換することにより、
（ｉｉ−２）電子吸引性の連結基である場合には、その状態で、一般式（１）で表される繰り返し単位を有する燃料電池用高分子電解質を得ることを特徴とする、
請求項１０の燃料電池用高分子電解質の製造方法
【請求項１２】
スルホン酸基の代わりにスルホン酸前駆体を用い、その後にスルホン酸前駆体をスルホン酸に変換することにより一般式（１）で表される繰り返し単位を有する燃料電池用高分子電解質を得ることを特徴とする、請求項６、７、８、９、１０、１１の燃料電池用高分子電解質の製造方法
【請求項１３】
請求項１〜５のいずれかに記載の高分子電解質を用いることを特徴とする燃料電池用高分子電解質膜
【請求項１４】
請求項６〜１２のいずれかに記載の方法により製造された高分子電解質を用いることを特徴とする燃料電池用高分子電解質膜
【請求項１５】
請求項１〜５のいずれかに記載の高分子電解質を用いることを特徴とする燃料電池
【請求項１６】
請求項６〜１２のいずれかに記載の方法により製造された高分子電解質を用いることを特徴とする燃料電池
【請求項１】
少なくとも下記一般式（１）で表される繰り返し単位を有する事を特徴とする燃料電池用高分子電解質
【化１】
（Ｙは芳香族残基を表し、Ｐは −ＣＯ−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ−、−ＳＯ２−、−ＣＯＮＨ−、−Ｃ（ＣＦ３）２−、単結合から選ばれる連結基であり、ｋは１〜４の整数であって、式中の側鎖部分Ｚは、下記一般式（２）で表される。
Ｚ＝−（Ｘ１Ａｒ１（Ｂ１））−（Ｘ２Ａｒ２（Ｂ２））−・・・−（Ｘｎ−１Ａｒｎ−１（Ｂｎ−１））−（ＸｎＡｒｎ） （２）
式（２）中のＢ１〜Ｂｎ−１は、側鎖部分Ｚにおける分岐鎖を意味し、以下の式で表される。
Ｂ１＝−〔（Ｘ２Ａｒ２（Ｂ２））−（Ｘ３Ａｒ３（Ｂ３））−・・・−（Ｘｎ−１Ａｒｎ−１（Ｂｎ−１））−（ＸｎＡｒｎ）〕ｆ
Ｂ２＝−〔（Ｘ３Ａｒ３（Ｂ３））−・・・−（Ｘｎ−１Ａｒｎ−１（Ｂｎ−１））−（ＸｎＡｒｎ）〕ｆ
・
・
・
Ｂｎ−１＝−〔ＸｎＡｒｎ〕ｆ
（２）式中
ｎは各々独立に２〜５の整数、
ｆは各々独立に０〜５の整数、
Ａｒは各々独立に芳香族残基であって、
Ｘは各々独立に−ＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−（ＣＦ２）ｐ−（ｐは１〜１０の整数）、−Ｃ（ＣＦ３）２−、−ＣＯＯ−、−ＳＯ−、−ＳＯ２−から選ばれる連結基である。
そして、−ＳＯ３Ｈ基が二個以上導入されたＺを有する。）
【請求項２】
Ｐが −ＣＯ−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ２−、−Ｃ（ＣＦ３）２− から選ばれる連結基であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用高分子電解質
【請求項３】
ｋが１〜２の整数であり、ｆが各々独立に０〜２の整数であることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池用高分子電解質
【請求項４】
少なくとも一つのｆが１または２であることを特徴とする請求項３記載の燃料電池用高分子電解質
【請求項５】
ｆが０または１であり、少なくとも一つのｆが１であることを特徴とする請求項３記載の燃料電池用高分子電解質
【請求項６】
高分子に側鎖導入剤を反応させることを特徴とする、請求項１の一般式（１）で表される繰り返し単位を有する燃料電池用高分子電解質の製造方法
【請求項７】
高分子が下記一般式（３）で表される繰り返し単位を有し、側鎖導入剤が下記一般式（４）で表されることを特徴とする、請求項６の燃料電池用高分子電解質の製造方法
【化２】
（ＹおよびＰは上記一般式（１）に記載のものと同様であり、Ｕは水素原子、−ＣＯＸ、−ＳＯ２Ｘから選ばれる反応性基であり、Ｘはハロゲン原子、ＯＲ（Ｒは水素原子、アルキル基、またはアリール基）、水酸基から選ばれる。）
［化３］
Ｚ’−Ｖ （４）
（式（３）のＵが水素原子の場合、Ｖは−ＣＯＸ、−ＳＯ２Ｘから選ばれる反応性基であり、Ｕが−ＣＯＸ、−ＳＯ２Ｘから選ばれる反応性基である場合には、Ｖは水素原子であり、Ｚ’は、下記一般式（５）で表される。
Ｚ’＝−（Ａｒ１（Ｂ１））−（Ｘ２Ａｒ２（Ｂ２））−・・・−（Ｘｎ−１Ａｒｎ−１（Ｂｎ−１））−（ＸｎＡｒｎ） （５）
（５）式中、Ａｒ、Ｂ、ｎは上記一般式（１）に記載のものと同様であり、かつ、Ａｒはスルホン酸基を有していて良く、Ｘは −Ｓ−、−ＣＨ２−、−ＣＸ”２−（Ｘ”は非フッ素ハロゲン原子）、−Ｃ（ＯＲ”）２−（Ｒ”はアルキル基）、−Ｃ（ＯＲ”）２−Ｏ−（Ｒ”はアルキル基）、−（Ｃ（ＯＲ”）２）ｐ−（Ｒ”はアルキル基）から選ばれる連結基前駆体、及び上記一般式（１）に記載の連結基から選ばれる。）
【請求項８】
前記一般式（３）で表される繰り返し単位を有する高分子と前記一般式（４）で表される側鎖導入剤を反応させるに際し、
（ｉ）側鎖導入剤がスルホン酸基またはその前駆体を有せず、かつ、側鎖導入剤のＸが、電子供与性の連結基前駆体であって、高分子と反応後、スルホン酸化を行い、続いて連結基前駆体を電子吸引性の連結基に変換することにより、
または、
（ｉｉ）側鎖導入剤がスルホン酸基またはその前駆体を有し、かつ、側鎖導入剤のＸが、
（ｉｉ−１）電子供与性の連結基前駆体である場合には、続いて連結基前駆体を電子吸引性の連結基に変換することにより、
（ｉｉ−２）電子吸引性の連結基である場合には、その状態で、一般式（１）で表される繰り返し単位を有する燃料電池用高分子電解質を得ることを特徴とする、
請求項７の燃料電池用高分子電解質の製造方法
【請求項９】
少なくとも側鎖を有するモノマーを用いて重合させることを特徴とする、請求項１の一般式（１）で表される繰り返し単位を有する燃料電池用高分子電解質の製造方法
【請求項１０】
側鎖を有するモノマーが下記一般式（６）であることを特徴とする、請求項９記載の燃料電池用高分子電解質の製造方法
【化４】
［式中、ｋおよびＹは一般式（１）と同様であり、ＷおよびＷ’は水素原子、ハロゲン、−ＣＯＸ（ＸはハロゲンまたはＯＲ（Ｒは水素原子、アルキル基、またはアリール基））、−ＯＨ、−ＳＨ、−ＳＯ2 Ｘ（Ｘは前記のとおり）から選ばれ、同一であっても異なっていても良く、Ｚ”はＸが連結基及び前記の連結基前駆体から選ばれ、Ａｒがスルホン酸基を有していて良いことを除いて一般式（１）のＺと同様である。］
【請求項１１】
少なくとも前記一般式（６）で表されるモノマーを重合させるに際し、
（ｉ）Ｚ”がスルホン酸基またはその前駆体を有せず、かつ、Ｚ”のＸが電子供与性の連結基前駆体であって、重合後、スルホン酸化を行い、続いて連結基前駆体を電子吸引性の連結基に変換することにより、
または、
（ｉｉ）Ｚ”がスルホン酸基またはその前駆体を有し、かつ、Ｚ”のＸが、
（ｉｉ−１）電子供与性の連結基前駆体である場合には、続いて連結基前駆体を電子吸引性の連結基に変換することにより、
（ｉｉ−２）電子吸引性の連結基である場合には、その状態で、一般式（１）で表される繰り返し単位を有する燃料電池用高分子電解質を得ることを特徴とする、
請求項１０の燃料電池用高分子電解質の製造方法
【請求項１２】
スルホン酸基の代わりにスルホン酸前駆体を用い、その後にスルホン酸前駆体をスルホン酸に変換することにより一般式（１）で表される繰り返し単位を有する燃料電池用高分子電解質を得ることを特徴とする、請求項６、７、８、９、１０、１１の燃料電池用高分子電解質の製造方法
【請求項１３】
請求項１〜５のいずれかに記載の高分子電解質を用いることを特徴とする燃料電池用高分子電解質膜
【請求項１４】
請求項６〜１２のいずれかに記載の方法により製造された高分子電解質を用いることを特徴とする燃料電池用高分子電解質膜
【請求項１５】
請求項１〜５のいずれかに記載の高分子電解質を用いることを特徴とする燃料電池
【請求項１６】
請求項６〜１２のいずれかに記載の方法により製造された高分子電解質を用いることを特徴とする燃料電池
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０７６３９７
【国際公開日】平成１７年８月１８日（２００５．８．１８）
【発行日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５１７７５０（Ｐ２００５−５１７７５０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００５／００１７０４
【国際出願日】平成１７年２月４日（２００５．２．４）
【出願人】（０００００００３３）旭化成株式会社 (901)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１７年８月１８日（２００５．８．１８）
【発行日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００５／００１７０４
【国際出願日】平成１７年２月４日（２００５．２．４）
【出願人】（０００００００３３）旭化成株式会社 (901)
【Ｆターム（参考）】
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