(57)【要約】      （修正有）【課題】ポリマー、イオン交換膜、およびそれを用いた構造強化膜の提供【解決手段】下記単位およびｐ位エーテル置換スチレン単位を含むポリマー。2018028065.tif 000207（Ｒ＋；窒素含有複素環４級アンモニウム塩、Ａ−；アニオン、Ｙ１；−ＣＨ２−、Ｒａ、Ｒｂ；Ｈ又はＣ１−８アルキル基、ｉ、ｊは０−６の整数）【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記第１の繰り返し単位および第２の繰り返し単位を含むポリマー。
【化１】
2018028065.tif 000135
【化２】
2018028065.tif 000136
（式中、Ｒ＋は下記のいずれかである。
【化３】
2018028065.tif 000137
【化４】
2018028065.tif 000138
【化５】
2018028065.tif 000139
【化６】
2018028065.tif 000140
【化７】
2018028065.tif 000141
【化８】
2018028065.tif 000142
【化９】
2018028065.tif 000143
【化１０】
2018028065.tif 000144
【化１１】
2018028065.tif 000145
Ａ−はＦ−、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＯＨ−、ＨＣＯ３−、ＨＳＯ４−、ＳｂＦ６−、ＢＦ４−、Ｈ２ＰＯ４−、Ｈ２ＰＯ３−、またはＨ２ＰＯ２−であり、Ｙ１およびＹ２はそれぞれ独立に−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＨ２−、または−ＮＨ−であり、ＲａおよびＲｂはそれぞれ独立に水素、またはＣ１−８アルキル基であり、Ｒ１は、Ｃ１−１０アルキル基またはＣ５−６シクロアルキル基であり、ｉ、ｊおよびｋはそれぞれ独立に０、または１から６までの整数であり、Ｒ２およびＲ３はそれぞれ独立に水素、Ｃ１−８アルキル基、ビニル基、Ｃ６−１２アリール基、またはアリル基である。）
【請求項２】
前記第１の繰り返し単位と前記第２の繰り返し単位との比が１：９９から９９：１である、請求項１に記載のポリマー。                                                        
【請求項３】
Ｒ１が、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、ｓｅｃ−ブチル、イソブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ペンチル、ｓｅｃ−ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、シクロペンチル、ヘキシル、ｓｅｃ−ヘキシル、シクロヘキシル、へプチル、ｓｅｃ−へプチル、オクチル、ｓｅｃ−オクチル、ノニル、デシル、１−エチルペンチル、２−エチルヘキシル、または２−ブチルヘキシルである、請求項１または２に記載のポリマー。
【請求項４】
前記第１の繰り返し単位が下記のいずれかである、請求項１から３のいずれかに記載のポリマー。
【化１２】
2018028065.tif 000146
【化１３】
2018028065.tif 000147
【化１４】
2018028065.tif 000148
【化１５】
2018028065.tif 000149
【化１６】
2018028065.tif 000150
【化１７】
2018028065.tif 000151
【化１８】
2018028065.tif 000152
【化１９】
2018028065.tif 000153
【化２０】
2018028065.tif 000154
（式中、Ａ−はＦ−、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＯＨ−、ＨＣＯ３−、ＨＳＯ４−、ＳｂＦ６−、ＢＦ４−、Ｈ２ＰＯ４−、Ｈ２ＰＯ３−、またはＨ２ＰＯ２−であり、ＲａおよびＲｂはそれぞれ独立に水素、またはＣ１−８アルキル基であり、ｉおよびｊはそれぞれ独立に０、または１から６までの整数であり、Ｒ２およびＲ３はそれぞれ独立に水素、Ｃ１−８アルキル基、ビニル基、Ｃ６−１２アリール基、またはアリル基である。）
【請求項５】
前記第１の繰り返し単位が下記のいずれかである、請求項１から３のいずれかに記載のポリマー。
【化２１】
2018028065.tif 000155
【化２２】
2018028065.tif 000156
【化２３】
2018028065.tif 000157
【化２４】
2018028065.tif 000158
【化２５】
2018028065.tif 000159
【化２６】
2018028065.tif 000160
【化２７】
2018028065.tif 000161
【化２８】
2018028065.tif 000162
【化２９】
2018028065.tif 000163
（式中、Ａ−はＦ−、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＯＨ−、ＨＣＯ３−、ＨＳＯ４−、ＳｂＦ６−、ＢＦ４−、Ｈ２ＰＯ４−、Ｈ２ＰＯ３−、またはＨ２ＰＯ２−であり、ＲａおよびＲｂはそれぞれ独立に水素、またはＣ１−８アルキル基であり、ｉおよびｊはそれぞれ独立に０、または１から６までの整数であり、Ｒ２およびＲ３はそれぞれ独立に水素、Ｃ１−８アルキル基、ビニル基、Ｃ６−１２アリール基、またはアリル基である。）
【請求項６】
前記第１の繰り返し単位が下記のいずれかである、請求項１から３のいずれかに記載のポリマー。
【化３０】
2018028065.tif 000164
【化３１】
2018028065.tif 000165
（式中、Ａ−はＦ−、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＯＨ−、ＨＣＯ３−、ＨＳＯ４−、ＳｂＦ６−、ＢＦ４−、Ｈ２ＰＯ４−、Ｈ２ＰＯ３−、またはＨ２ＰＯ２−であり、Ｙ１  は−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＨ２−、または−ＮＨ−であり、ＲａおよびＲｂはそれぞれ独立に水素、またはＣ１−８アルキル基であり、ｉおよびｊはそれぞれ独立に０、または１から６までの整数であり、Ｒ２およびＲ３はそれぞれ独立に水素、Ｃ１−８アルキル基、ビニル基、Ｃ６−１２アリール基、またはアリル基である。）
【請求項７】
前記第２の繰り返し単位が下記のいずれかである、請求項１〜２および４〜６のいずれかに記載のポリマー。
【化３２】
2018028065.tif 000166
【化３３】
2018028065.tif 000167
【化３４】
2018028065.tif 000168
【化３５】
2018028065.tif 000169
【化３６】
2018028065.tif 000170
【化３７】
2018028065.tif 000171
【化３８】
2018028065.tif 000172
【化３９】
2018028065.tif 000173
【化４０】
2018028065.tif 000174
【化４１】
2018028065.tif 000175
【化４２】
2018028065.tif 000176
【化４３】
2018028065.tif 000177
【化４４】
2018028065.tif 000178
【化４５】
2018028065.tif 000179
【化４６】
2018028065.tif 000180
【化４７】
2018028065.tif 000181
【化４８】
2018028065.tif 000182
【化４９】
2018028065.tif 000183
【化５０】
2018028065.tif 000184
【化５１】
2018028065.tif 000185
【化５２】
2018028065.tif 000186
【化５３】
2018028065.tif 000187
【化５４】
2018028065.tif 000188
【化５５】
2018028065.tif 000189
【化５６】
2018028065.tif 000190
（式中、ｋは０、または１から６までの整数である。）
【請求項８】
ポリマーまたは架橋性ポリマーを含むイオン交換膜であって、前記ポリマーは請求項１に記載のポリマーであり、前記架橋性ポリマーは請求項１に記載のポリマーと架橋剤との反応生成物であり、前記架橋剤は少なくとも２つのイミド基を有する化合物であり、かつ前記イオン交換膜の厚さが１５μｍから２００μｍであるイオン交換膜。
【請求項９】
前記イミド基がマレイミド基である、請求項８に記載のイオン交換膜。
【請求項１０】
前記架橋剤が下記である、請求項８〜９のいずれかに記載のイオン交換膜。
【化５７】
2018028065.tif 000191
（式中、Ｚは下記のうちのいずれかである。
【化５８】
2018028065.tif 000192
【化５９】
2018028065.tif 000193
【化６０】
2018028065.tif 000194
【化６１】
2018028065.tif 000195
【化６２】
2018028065.tif 000196
【化６３】
2018028065.tif 000197
このうち、Ｙ１は単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＨ２−、または−ＮＨ−であり、Ｒ４はそれぞれ独立に水素、またはＣ１−４アルキル基であり、ｎ≧１、ｘは１から１２までの整数であり、ｙおよびｚはそれぞれ独立に１から５までの整数である。）
【請求項１１】
前記架橋剤が、化合物（ａ）と化合物（ｂ）との反応生成物であり、前記化合物（ａ）  は下記であり、
【化６４】
2018028065.tif 000198
（式中、Ｚは下記のいずれかである。
【化６５】
2018028065.tif 000199
【化６６】
2018028065.tif 000200
【化６７】
2018028065.tif 000201
【化６８】
2018028065.tif 000202
【化６９】
2018028065.tif 000203
【化７０】
2018028065.tif 000204
このうち、Ｙ１は単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＨ２−、または−ＮＨ−でり、Ｒ４はそれぞれ独立に水素、またはＣ１−４アルキル基であり、ｎ≧１、ｘは１から１２までの整数であり、ｙおよびｚはそれぞれ独立に１から５までの整数である。）
前記化合物（ｂ）は、式（Ｉ）または式（II）で表される構造を有する
【化７１】
2018028065.tif 000205
【化７２】
2018028065.tif 000206
（式中、Ｒ５はそれぞれ独立に、水素、またはＣ１−４アルキル基であり、Ｒ６はそれぞれ独立に、水素、またはＣ１−４アルキル基である。）、請求項８〜９のいずれかに記載のイオン交換膜。
【請求項１２】
請求項１に記載のポリマーであるポリマー、または請求項１に記載のポリマーと少なくとも２つのイミド基を有する化合物である架橋剤との反応生成物である架橋性ポリマーと、
複数の細孔を有する基板と、
を含む構造強化膜。
【請求項１３】
前記ポリマーまたは前記架橋性ポリマーが、前記基板の少なくとも１つの面上に配置されて、前記基板の前記細孔を充填する、請求項１２に記載の構造強化膜。 
【請求項１４】
前記基板が、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、またはこれらの組み合わせである請求項１２または１３に記載の構造強化膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術分野はポリマー、イオン交換膜、および構造強化膜（structural enhanced membrane）に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン交換膜は広く、電気透析精製（electrodialysis purification）、燃料電池、電気メッキ、および食品産業に用いられている。
【０００３】
イオン交換膜は、膜本体となる負帯電基または正帯電基を有するポリマー材料、および電気または化学ポテンシャルの下で移動可能なカチオンまたはアニオンを含んでいる。カチオン交換膜は、ポリマー上に固定された負帯電基と、移動可能なカチオンとを有する。同様に、アニオン交換膜は、ポリマー上に固定された正帯電基と、移動可能なアニオンとを有する。一般に、イオン交換膜の特性は、固定された帯電基の数、タイプおよび分布によって決まる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５６４８４０５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のポリマー材料から作製されるアニオン交換膜は、従来のポリマー材料が溶解性、強度、および溶媒選択性に劣るため、イオン交換膜燃料電池への使用に適さない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の実施形態によれば、本開示は、第１の繰り返し単位および第２の繰り返し単位を含むポリマーを提供する。このうち、第１の繰り返し単位は下記であってよい。 
【０００７】
【化１】
2018028065.tif 000002
【０００８】
第２の繰り返し単位は下記であってよい。
【０００９】
【化２】
2018028065.tif 000003
【００１０】
式中、Ｒ＋は下記のいずれかであってよい。
【００１１】
【化３】
2018028065.tif 000004
【００１２】
【化４】
2018028065.tif 000005
【００１３】
【化５】
2018028065.tif 000006
【００１４】
【化６】
2018028065.tif 000007
【００１５】
【化７】
2018028065.tif 000008
【００１６】
【化８】
2018028065.tif 000009
【００１７】
【化９】
2018028065.tif 000010
【００１８】
【化１０】
2018028065.tif 000011
【００１９】
【化１１】
2018028065.tif 000012
【００２０】
Ａ−はＦ−、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＯＨ−、ＨＣＯ３−、ＨＳＯ４−、ＳｂＦ６−、ＢＦ４−、Ｈ２ＰＯ４−、Ｈ２ＰＯ３−、またはＨ２ＰＯ２−であってよく、Ｙ１およびＹ２はそれぞれ独立に−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＨ２−、または−ＮＨ−であってよく、ＲａおよびＲｂはそれぞれ独立に水素、またはＣ１−８アルキル基であってよく、Ｒ１は、Ｃ１−１０アルキル基またはＣ５−６シクロアルキル基であってよく、ｉ、ｊ、およびｋはそれぞれ独立に０、または１から６までの整数であってよく、Ｒ２およびＲ３はそれぞれ独立に水素、Ｃ１−８アルキル基、ビニル基、Ｃ６−１２アリール基、またはアリル基であってよい。
【００２１】
本開示の別の実施形態によれば、本開示は、上記ポリマーであり得るポリマー、または上記ポリマーと架橋剤との反応生成物であり得る架橋性ポリマーを含むイオン交換膜を提供する。架橋剤は、少なくとも２つのイミド基を有する化合物である。イオン交換膜の厚さは１５μｍから２００μｍまでであり得る。
【００２２】
本発明の別の実施形態によれば、本開示は、ポリマーまたは架橋性ポリマー、および基板を含む構造強化膜（structural enhanced membrane）を提供する。ポリマーは、上記ポリマーであってよい。架橋性ポリマーは、上記ポリマーと架橋剤との反応生成物であり得る。架橋剤は少なくとも２つのイミド基を有する化合物である。基板は複数の細孔を有し得る。
【発明の効果】
【００２３】
本開示はポリマーを提供する。本開示のポリマーは、カチオン基および非イオン性基を有するポリマーであり得る。化学構造の設計において、ポリマーの導電性を高めるため、本開示のポリマーにカチオン基を有する繰り返し単位を備えさせる。さらに、本開示のポリマーは、溶媒に溶解する際にカチオン基を有するポリマーの溶解性が低下しないよう、非イオン性基を有する繰り返し単位を備える。本開示の実施形態によれば、本開示のポリマーは、その高い溶解度の他に、改善された機械強度および向上した溶媒選択性を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
添付の図面を参照にしながら、以下の実施形態において詳細な説明を行う。
【図１Ａ】図１Ａは本開示の実施形態による基板の概略図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは本開示の実施形態による構造強化膜の断面図である。
【図２】開示の実施形態による構造強化膜の断面図である。
【図３】開示の実施形態による構造強化膜の断面図である。
【図４】開示の実施形態による構造強化膜の断面図である
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下の詳細な記載においては、説明の目的で、開示される実施形態が十分に理解されるように多数の特定の詳細が記載される。しかし、これらの特定の詳細がなくとも、１つまたは複数の実施形態が実施可能であることは明らかであろう。また、図を簡潔とするため、周知の構造および装置は概略的に示される。
【００２６】
本開示の実施形態によれば、本開示のポリマーは、第１の繰り返し単位および第２の繰り返し単位を含む。第１の繰り返し単位は下記であってよい。 
【００２７】
【化１２】
2018028065.tif 000013
【００２８】
式中、Ｒ＋は下記のいずれかであってよい。
【００２９】
【化１３】
2018028065.tif 000014
【００３０】
【化１４】
2018028065.tif 000015
【００３１】
【化１５】
2018028065.tif 000016
【００３２】
【化１６】
2018028065.tif 000017
【００３３】
【化１７】
2018028065.tif 000018
【００３４】
【化１８】
2018028065.tif 000019
【００３５】
【化１９】
2018028065.tif 000020
【００３６】
【化２０】
2018028065.tif 000021
【００３７】
【化２１】
2018028065.tif 000022
【００３８】
Ａ−はＦ−、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＯＨ−、ＨＣＯ３−、ＨＳＯ４−、ＳｂＦ６−、ＢＦ４−、Ｈ２ＰＯ４−、Ｈ２ＰＯ３−、またはＨ２ＰＯ２−であってよく、Ｙ１は−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＨ２−、または−ＮＨ−であってよく、ＲａおよびＲｂはそれぞれ独立に水素、またはＣ１−８アルキル基（例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、イソブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシル、へプチル、もしくはオクチル）であってよく、ｉおよびｊはそれぞれ独立に０、または１から６までの整数であってよく、Ｒ２およびＲ３はそれぞれ独立に水素、Ｃ１−８アルキル基（例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、イソブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシル、へプチル、もしくはオクチル）、ビニル基、Ｃ６−１２アリール基、またはアリル基であってよい。
【００３９】
第２の繰り返し単位は下記であってよい。
【００４０】
【化２２】
2018028065.tif 000023
【００４１】
式中、Ｙ２は−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＨ２−、または−ＮＨ−であってよく、ｋは０、または１から６までの整数であってよく、Ｒ１は、Ｃ１−１０アルキル基（例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、ｓｅｃ−ブチル、イソブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ペンチル、ｓｅｃ−ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、ヘキシル、ｓｅｃ−ヘキシル、へプチル、ｓｅｃ−へプチル、オクチル、ｓｅｃ−オクチル、ノニル、デシル、１−エチルペンチル、２−エチルヘキシル、もしくは２−ブチルヘキシル）またはＣ５−６シクロアルキル基（例えばシクロペンチルもしくはシクロヘキシル）であってよい。
【００４２】
本開示の実施形態によれば、第１の繰り返し単位は下記のいずれかであってよい。
【００４３】
【化２３】
2018028065.tif 000024
【００４４】
【化２４】
2018028065.tif 000025
【００４５】
【化２５】
2018028065.tif 000026
【００４６】
【化２６】
2018028065.tif 000027
【００４７】
【化２７】
2018028065.tif 000028
【００４８】
【化２８】
2018028065.tif 000029
【００４９】
【化２９】
2018028065.tif 000030
【００５０】
【化３０】
2018028065.tif 000031
【００５１】
【化３１】
2018028065.tif 000032
【００５２】
式中、Ａ−はＦ−、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＯＨ−、ＨＣＯ３−、ＨＳＯ４−、ＳｂＦ６−、ＢＦ４−、Ｈ２ＰＯ４−、Ｈ２ＰＯ３−、またはＨ２ＰＯ２−であり、ＲａおよびＲｂはそれぞれ独立に水素、またはＣ１−８アルキル基であり、ｉおよびｊはそれぞれ独立に０、または１から６までの整数であり、Ｒ２およびＲ３はそれぞれ独立に水素、Ｃ１−８アルキル基、ビニル基、Ｃ６−１２アリール基、またはアリル基である。
【００５３】
本開示の実施形態によれば、第１の繰り返し単位は下記のいずれかであってよい。
【００５４】
【化３２】
2018028065.tif 000033
【００５５】
【化３３】
2018028065.tif 000034
【００５６】
【化３４】
2018028065.tif 000035
【００５７】
【化３５】
2018028065.tif 000036
【００５８】
【化３６】
2018028065.tif 000037
【００５９】
【化３７】
2018028065.tif 000038
【００６０】
【化３８】
2018028065.tif 000039
【００６１】
【化３９】
2018028065.tif 000040
【００６２】
【化４０】
2018028065.tif 000041
【００６３】
式中、Ａ−はＦ−、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＯＨ−、ＨＣＯ３−、ＨＳＯ４−、ＳｂＦ６−、ＢＦ４−、Ｈ２ＰＯ４−、Ｈ２ＰＯ３−、またはＨ２ＰＯ２−であり、ＲａおよびＲｂはそれぞれ独立に水素、またはＣ１−８アルキル基であり、ｉおよびｊはそれぞれ独立に０、または１から６までの整数であり、Ｒ２およびＲ３はそれぞれ独立に水素、Ｃ１−８アルキル基、ビニル基、Ｃ６−１２アリール基、またはアリル基である。
【００６４】
本開示の実施形態によれば、第１の繰り返し単位は下記のいずれかであってよい。
【００６５】
【化４１】
2018028065.tif 000042
【００６６】
【化４２】
2018028065.tif 000043
【００６７】
式中、Ａ−はＦ−、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＯＨ−、ＨＣＯ３−、ＨＳＯ４−、ＳｂＦ６−、ＢＦ４−、Ｈ２ＰＯ４−、Ｈ２ＰＯ３−、またはＨ２ＰＯ２−であり、Ｙ１  は−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＨ２−、または−ＮＨ−であり、ＲａおよびＲｂはそれぞれ独立に水素、またはＣ１−８アルキル基であり、ｉおよびｊはそれぞれ独立に０、または１から６までの整数であり、Ｒ２およびＲ３はそれぞれ独立に水素、Ｃ１−８アルキル基、ビニル基、Ｃ６−１２アリール基、またはアリル基である。
【００６８】
本開示のいくつかの実施形態によれば、第２の繰り返し単位は下記のいずれかであってよい。
【００６９】
【化４３】
2018028065.tif 000044
【００７０】
【化４４】
2018028065.tif 000045
【００７１】
【化４５】
2018028065.tif 000046
【００７２】
【化４６】
2018028065.tif 000047
【００７３】
【化４７】
2018028065.tif 000048
【００７４】
【化４８】
2018028065.tif 000049
【００７５】
【化４９】
2018028065.tif 000050
【００７６】
【化５０】
2018028065.tif 000051
【００７７】
【化５１】
2018028065.tif 000052
【００７８】
【化５２】
2018028065.tif 000053
【００７９】
【化５３】
2018028065.tif 000054
【００８０】
【化５４】
2018028065.tif 000055
【００８１】
【化５５】
2018028065.tif 000056
【００８２】
【化５６】
2018028065.tif 000057
【００８３】
【化５７】
2018028065.tif 000058
【００８４】
【化５８】
2018028065.tif 000059
【００８５】
【化５９】
2018028065.tif 000060
【００８６】
【化６０】
2018028065.tif 000061
【００８７】
【化６１】
2018028065.tif 000062
【００８８】
【化６２】
2018028065.tif 000063
【００８９】
【化６３】
2018028065.tif 000064
【００９０】
【化６４】
2018028065.tif 000065
【００９１】
【化６５】
2018028065.tif 000066
【００９２】
【化６６】
2018028065.tif 000067
【００９３】
【化６７】
2018028065.tif 000068
【００９４】
式中、ｋは０、または１から６までの整数である。
【００９５】
本開示の実施形態によれば、ポリマーの第１の繰り返し単位と第２の繰り返し単位との比は、所望のポリマーの特性を達成するように調節することができる。例えば、ポリマーの導電性およびアニオン交換能を高めるために、第１の繰り返し単位と第２の繰り返し単位の比の値を大きくすることができる。また、ポリマーの溶解度、機械強度、および溶媒選択性を高めるために、第１の繰り返し単位と第２の繰り返し単位の比の値を小さくすることができる。第１の繰り返し単位と第２の繰り返し単位との比は、約１：９９から９９：１、例えば約１０：９０から９０：１０、約２０：８０から８０：２０、または約３０：７０から７０：３０とすることができる。さらに、ポリマーの分子量（例えば重量平均分子量）は約５０００から５０００００、例えば約１００００から３０００００である。
【００９６】
第１の繰り返し単位と第２の繰り返し単位とを、合成法を用いることによって規則的またはランダムな方式で配列させることができる。例えば、第１の繰り返し単位および第２の繰り返し単位を含むポリマーはブロックポリマーであり得る。ポリマーの合成法は、可逆的付加開裂型連鎖移動（reversible addition-fragmentation transfer, ＲＡＦＴ）反応、ニトロキシド媒介ラジカル重合（nitroxide-mediated radical polymerization, ＮＭＲＰ）、または原子移動ラジカル重合（atom transfer radical polymerization, ＡＴＲＰ）であってよい。合成法が可逆的付加開裂型連鎖移動（ＲＡＦＴ）反応である場合、重合を促進するために開始剤および／または連鎖移動剤を用いることができる。開始剤は、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）であってよく、連鎖移動剤は、ジチオエステル（dithioester）またはトリチオエステル（trithioester）連鎖移動剤であってよい(例えば、下記で表される構造を有する１−フェニルエチルテトラデシルカルボノトリチオエート（1-phenylethyl tetradecyl carbonotrithioate)）。
【００９７】
【化６８】
2018028065.tif 000069
【００９８】
本開示の実施形態によれば、本開示のポリマーまたは架橋性ポリマーは、イオン交換膜の作製に適用され得る。本開示のイオン交換膜は、本開示のポリマーから作製され得る。また、本開示のイオン交換膜は、架橋反応による本開示のポリマーと架橋剤との反応生成物である架橋性ポリマーから作製され得る。本開示のいくつかの実施形態によれば、イオン交換膜を作製する方法は次のステップを含む。先ず、組成物を準備する。組成物は上記ポリマーおよび上記架橋剤を含む。また、組成物は溶媒をさらに含み、組成物の固形分は約５ｗｔ％から５０ｗｔ％の間である。組成物中、ポリマーの重量に対し、架橋剤の重量パーセントは約１ｗｔ％から３０ｗｔ％の間（例えば約５ｗｔ％から３０ｗｔ％の間、または約３ｗｔ％から２５ｗｔ％の間）である。次いで、組成物を混合、分散し、基板（例えばガラス基板）上に塗布して、コーティングを形成する。次いで、コーティングを高温で焼成して大部分の溶媒を除去する。次いで、コーティングを比較的高温のオーブンで焼成して、残留溶媒を除去し、イオン交換膜を得る。イオン交換膜の厚さは、約１５μｍから２００μｍ、例えば約３０μｍから１００μｍとすることができる。
【００９９】
別の実施形態によれば、イオン交換膜を作製する方法は次のステップを含み得る。先ず、ポリマーを溶媒中に溶解して溶液を得る。次に、溶液を基板（例えばガラス基板）上に塗布して、コーティングを形成する。次いで、コーティングを高温で焼成して大部分の溶媒を除去する。次いで、コーティングを比較的高温のオーブンで焼成して、残留溶媒を除去し、イオン交換膜を得る。イオン交換膜の厚さは、約１５μｍから２００μｍ、例えば約３０μｍから１００μｍとすることができる。  
【０１００】
本開示の実施形態によれば、架橋剤は、少なくとも２つのイミド基を有する化合物であってよく、このうちイミド基は、フタルイミド基、スクシンイミド基、Ｎ−ブロモスクシンイミド基、グルタルイミド、またはマレイミド基であり得る。例えば、架橋剤は、少なくとも２つのマレイミド基を有する化合物(例えば２つのマレイミド基を有する化合物)であり得る。本開示の実施形態によれば、２つのマレイミド基を有する化合物は下記であってよい。
【０１０１】
【化６９】
2018028065.tif 000070
【０１０２】
式中、Ｚは下記のいずれかであってよい。
【０１０３】
【化７０】
2018028065.tif 000071
【０１０４】
【化７１】
2018028065.tif 000072
【０１０５】
【化７２】
2018028065.tif 000073
【０１０６】
【化７３】
2018028065.tif 000074
【０１０７】
【化７４】
2018028065.tif 000075
【０１０８】
【化７５】
2018028065.tif 000076
【０１０９】
式中、Ｙ１は単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＨ２−、または−ＮＨ−であってよく、Ｒ４はそれぞれ独立に水素、またはＣ１−４アルキル基であってよく、ｎ≧１、ｘは１から１２までの整数であってよく、ｙおよびｚはそれぞれ独立に１から５までの整数であってよい。
【０１１０】
例えば、架橋剤は下記のいずれかであってよい。
【０１１１】
【化７６】
2018028065.tif 000077
【０１１２】
【化７７】
2018028065.tif 000078
【０１１３】
【化７８】
2018028065.tif 000079
【０１１４】
【化７９】
2018028065.tif 000080
【０１１５】
【化８０】
2018028065.tif 000081
【０１１６】
【化８１】
2018028065.tif 000082
【０１１７】
【化８２】
2018028065.tif 000083
【０１１８】
加えて、本開示の実施形態によれば、架橋剤は、少なくとも２つのマレイミド基を有するポリマー架橋剤（polymeric cross-linking agent）であり得る。ポリマー架橋剤は、化合物（ａ）と化合物（ｂ）との反応生成物であり得る。
【０１１９】
化合物（ａ）は下記であり得る。
【０１２０】
【化８３】
2018028065.tif 000084
【０１２１】
式中、Ｚは下記のいずれかであってよい。
【０１２２】
【化８４】
2018028065.tif 000085
【０１２３】
【化８５】
2018028065.tif 000086
【０１２４】
【化８６】
2018028065.tif 000087
【０１２５】
【化８７】
2018028065.tif 000088
【０１２６】
【化８８】
2018028065.tif 000089
【０１２７】
【化８９】
2018028065.tif 000090
【０１２８】
式中、Ｙ１は単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＨ２−、または−ＮＨ−であってよく、Ｒ４はそれぞれ独立に水素、またはＣ１−４アルキル基であってよく、ｎ≧１、ｘは１から１２までの整数であってよく、ｙおよびｚはそれぞれ独立に１から５までの整数であってよい。
【０１２９】
化合物（ｂ）は、式（I）または式（II）で表される化合物であってよい。  
【０１３０】
【化９０】
2018028065.tif 000091
【０１３１】
【化９１】
2018028065.tif 000092
【０１３２】
式中、Ｒ５はそれぞれ独立に、水素、またはＣ１−４アルキル基であり、Ｒ６はそれぞれ独立に、水素、またはＣ１−４アルキル基である。
【０１３３】
例えば、化合物（ｂ）は下記のいずれかであってよい。
【０１３４】
【化９２】
2018028065.tif 000093
【０１３５】
【化９３】
2018028065.tif 000094
【０１３６】
ポリマー架橋剤およびポリマーは相互侵入高分子網目（interpenetrating polymer network）を形成することができるため、機械強度と寸法安定性が高まる。
【０１３７】
本開示の実施形態によれば、本開示のポリマーまたは架橋性ポリマーは、複合構造を有する膜を形成するべく、構造強化膜の作製に適用され得る。本開示の実施形態によると、構造強化膜は、上記ポリマーまたは上記架橋性ポリマー、および基板を含み得る。基板は複数の細孔を有し得る。本開示のポリマーまたは架橋性ポリマー は、基板の面上に配置されると共に、基板の細孔中に充填され得る。詳細には、構造強化膜を作製する方法は次のステップを含み得る。先ず、基板１２を準備する。図１Ａに示されるように、基板１２は複数の細孔および第１の面１１を有し得る。次に、ポリマーまたは架橋性ポリマーを含む組成物を基板１２の第１の面１１に塗布して、ポリマーまたは架橋性ポリマー層１４を形成する。具体的に言うと、基板１２は複数の細孔を有するため、ポリマーまたは架橋性ポリマーの一部は、細孔から基板１２中に浸透することができ、これにより、図１Ｂに示されるように、ポリマーまたは架橋性ポリマーが浸透した基板１２の部分が複合層１２ａとなって、本開示の構造強化膜１０が得られる。本開示の別の実施形態によれば、基板１２の厚さが比較的小さいか、またはポリマーもしくは架橋性ポリマーを含む組成物の粘度が比較的低い（つまりポリマーもしくは架橋性ポリマーが溶媒に溶解されて、ポリマーもしくは架橋性ポリマーを含む溶液が形成される。このうち、溶媒はジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、メタノール  （ＭｅＯＨ）、またはブタノール（ＢｕＯＨ）であり得る）と、ポリマーもしくは架橋性ポリマーの一部が、細孔から基板１２全体に浸透できるようになり、これにより基板１２全体が複合層１２ａになる。よって、図２に示されるように、構造強化膜１０は、ポリマーまたは架橋性ポリマー層１４および複合層１２ａからなる。さらに、本開示の実施形態によれば、図３および図４に示されるように、基板１２は第１の面１１に対向する第２の面１３を有していてよく、ポリマーまたは架橋性ポリマーを含む組成物を第１の面１１および第２の面１３上に同時に塗布することができるため、１つのポリマーまたは架橋性ポリマー層１４と他のポリマーまたは架橋性ポリマー層１４が第１の面１１と第２の面上１３にそれぞれ形成されて、本開示の構造強化膜１０が得られる。第１の面１１上に形成されるポリマーまたは架橋性ポリマー層１４の材料と、第２の面１３上に形成されるポリマーまたは架橋性ポリマー層１４の材料とは、同じであるか、または異なっていてよい、という点に留意すべきである。基板１２に適した材料は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、またはこれらの組み合わせであり得る。構造強化膜は、燃料電池の複合イオン交換膜、リチウムイオン電池の単イオン伝導膜（single ion conductor membrane）、または電解水素生成（electrolytic hydrogen production）もしくは水処理プロセスに用いられるイオン伝導膜もしくはセパレータとして使用可能である。
【０１３８】
当業者に容易に理解されるよう、添付の図面を参照にしながら、以下に例示的実施形態を詳細に記載する。本発明概念は、ここに記載される例示的実施形態に限定されることなく、各種形態で具体化することができる。明瞭とするため、周知の部分の記載は省き、また全体を通して類似する参照番号は類似する構成要素を指すものとする。
【実施例】
【０１３９】
ポリマーの作製
【０１４０】
実施例１
【０１４１】
１− フェニルエチルテトラデシルカルボノトリチオアート（1-phenylethyl tetradecyl carbonotrithioate）０．０９７３ｇ（０．２３７ｍｍｏｌｅ）、下式で表される構造を持つビニルベンジルイミダゾリウムクロリド（vinylbenzylimidazolium chloride）（［ＭＶＢＩＭ］Ｃｌ）１０．０１ｇ（４２．６６ｍｍｏｌｅ）、下式で表される構造を持つビニルベンジルブチルエーテル（vinylbenzylbutyl ether）（ＶＢＯＢｕ）０．９０ｇ（４．７４ｍｍｏｌｅ）、およびアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）９．７２ｍｇ（０．０５９ｍｍｏｌｅ）を、窒素雰囲気下で反応瓶中に入れた。
【０１４２】
【化９４】
2018028065.tif 000095
【０１４３】
【化９５】
2018028065.tif 000096
【０１４４】
次いで、メタノール２０ｍｌをその反応瓶に加え、１００℃に加熱した。７２時間撹拌し、濃縮した後、得られたものをエーテルで洗浄してから、固体を収集し、ポリマー（１）を得た（下式で表される２つの繰り返し単位を有する。前者の繰り返し単位と後者の繰り返し単位との比は約９０：１０）。
【０１４５】
【化９６】
2018028065.tif 000097
【０１４６】
【化９７】
2018028065.tif 000098
【０１４７】
測定したところ、ポリマー（１）の重量平均分子量（Ｍｗ）は約２５３４５であった。
【０１４８】
ポリマー（１）を核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光法により分析した。結果は以下のとおりである。１Ｈ  ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ６，５００ＭＨｚ）δ１０．０２（ｂｒ），７．７６（ｂｒ），６．６２−７．４５（ｂｒ），６．４０（ｂｒ），５．４２（ｂｒ），４．２８（ｂｒ），３．８４（ｂｒ），０．７８（ｂｒ）。
【０１４９】
実施例２
【０１５０】
１− フェニルエチルテトラデシルカルボノトリチオアート０．０９７３ｇ（０．２３７ｍｍｏｌｅ）、ビニルベンジルイミダゾリウムクロリド（［ＭＶＢＩＭ］Ｃｌ）  ６．６７ｇ（２８．４４ｍｍｏｌｅ）、ビニルベンジルブチルエーテル(ＶＢＯＢｕ）  ３．６１ｇ（１８．９７ｍｍｏｌｅ）、およびアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）９．７２ｍｇ（０．０５９ｍｍｏｌｅ）を、窒素雰囲気下で反応瓶に入れた。
【０１５１】
次いで、メタノール２０ｍｌをその反応瓶に加え、１００℃に加熱した。７２時間撹拌し、濃縮した後、得られたものをエーテルで洗浄してから、固体を収集し、ポリマー（２）を得た（下式で表される２つの繰り返し単位を有する。前者の繰り返し単位と後者の繰り返し単位との比は約６０：４０）。
【０１５２】
【化９８】
2018028065.tif 000099
【０１５３】
【化９９】
2018028065.tif 000100
【０１５４】
測定したところ、ポリマー（２）の重量平均分子量（Ｍｗ）は約７５０４０であった。
【０１５５】
ポリマー（２）を核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光法により分析した。結果は以下のとおりである。１Ｈ  ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ６，５００ＭＨｚ）δ  ９．９２（ｂｒ），７．７６（ｂｒ），６．６３−７．５４（ｂｒ），６．３９（ｂｒ），５．４２（ｂｒ），４．３３（ｂｒ），３．８５（ｂｒ），０．８２（ｂｒ）。
【０１５６】
実施例３
【０１５７】
１− フェニルエチルテトラデシルカルボノトリチオアート０．０９７３ｇ（０．２３７ｍｍｏｌｅ）、ビニルベンジルイミダゾリウムクロリド（［ＭＶＢＩＭ］Ｃｌ）２．７８ｇ（１１．８５ｍｍｏｌｅ）、ビニルベンジルブチルエーテル（vinylbenzylbutyl ether）（ＶＢＯＢｕ）６．７５ｇ（３５．５５ｍｍｏｌｅ）、およびアゾビスイソブチロニトリル （ＡＩＢＮ）９．７２ｍｇ（０．０５９ｍｍｏｌｅ）を、窒素雰囲気下で反応瓶に入れた。
【０１５８】
次いで、メタノール２０ｍｌをその反応瓶に加え、１００℃に加熱した。７２時間撹拌し、濃縮した後、得られたものをエーテルで洗浄してから、固体を収集し、ポリマー（３）を得た（下式で表される２つの繰り返し単位を有する。前者の繰り返し単位と後者の繰り返し単位との比は約２５：７５）。
【０１５９】
【化１００】
2018028065.tif 000101
【０１６０】
【化１０１】
2018028065.tif 000102
【０１６１】
測定したところ、ポリマー（３）の重量平均分子量（Ｍｗ）は約６２７８７であった。
【０１６２】
ポリマー（３）を核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光法により分析した。結果は以下のとおりである。１Ｈ  ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ６，５００ＭＨｚ）δ９．４３（ｂｒ），７．６８（ｂｒ），６．９６（ｂｒ），６．４１（ｂｒ），５．３０（ｂｒ），４．３１（ｂｒ），３．８２（ｂｒ），０．８１（ｂｒ）。
【０１６３】
実施例４
【０１６４】
１− フェニルエチルテトラデシルカルボノトリチオアート０．０９７３ｇ（０．２３７ｍｍｏｌｅ）、ビニルベンジルイミダゾリウムクロリド（［ＭＶＢＩＭ］Ｃｌ）１．１１ｇ（４．７４ｍｍｏｌｅ）、ビニルベンジルブチルエーテル（ＶＢＯＢｕ）８．１１ｇ（４２．６２ｍｍｏｌｅ）、およびアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）９．７２ｍｇ（０．０５９ｍｍｏｌｅ）を、窒素雰囲気下で反応瓶に入れた。
【０１６５】
次いで、メタノール２０ｍｌをその反応瓶に加え、１００℃に加熱した。７２時間撹拌し、濃縮した後、得られたものをエーテルで洗浄してから、固体を収集し、ポリマー（４）を得た（下式で表される２つの繰り返し単位を有する。前者の繰り返し単位と後者の繰り返し単位との比は１０：９０）。
【０１６６】
【化１０２】
2018028065.tif 000103
【０１６７】
【化１０３】
2018028065.tif 000104
【０１６８】
ポリマー（４）を核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光法により分析した。結果は以下のとおりである。１Ｈ  ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ６，５００ＭＨｚ）δ９．２５（ｂｒ），７．６３（ｂｒ），６．９８（ｂｒ），６．４０（ｂｒ），５．２８（ｂｒ），４．３０（ｂｒ），３．８０（ｂｒ），０．８１（ｂｒ）。
【０１６９】
実施例５
【０１７０】
１− フェニルエチルテトラデシルカルボノトリチオアート０．０９７３ｇ（０．２３７ｍｍｏｌｅ）、ビニルベンジルブチルエーテル（ＶＢＯＢｕ）６．７５ｇ（３５．５５ｍｍｏｌｅ）、およびアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）９．７２ｍｇ（０．０５９ｍｍｏｌｅ）を、窒素雰囲気下で反応瓶に入れた。
【０１７１】
次いで、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）２０ｍｌをその反応瓶に加え、１００℃に加熱した。７２時間撹拌し、濃縮した後、得られたものをメタノールで洗浄してから、固体を収集し、ポリ（［ＶＢＯＢｕ］）ポリマーを得た。次いで、ポリ（［ＶＢＯＢｕ］）ポリマー、ビニルベンジルイミダゾリウムクロリド（［ＭＶＢＩＭ］Ｃｌ）２．７８ｇ（１１．８５ｍｍｏｌｅ）、およびアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）９．７２ｍｇ（０．０５９ｍｍｏｌｅ）を、窒素雰囲気下で反応瓶に入れた。次いで、メタノール２０ｍｌをその反応瓶に加え、１００℃に加熱した。７２時間撹拌し、濃縮した後、得られたものをエーテルで洗浄してから、固体を収集し、ポリマー（５）を得た（下式で表される２つのポリマーブロック（polymeric block）を有する（ただし、ｍ＞１、ｎ＞１））。
【０１７２】
【化１０４】
2018028065.tif 000105
【０１７３】
【化１０５】
2018028065.tif 000106
【０１７４】
このうち、下式で表される繰り返し単位（前者：後者）の比は約２５：７５であった。
【０１７５】
【化１０６】
2018028065.tif 000107
【０１７６】
【化１０７】
2018028065.tif 000108
【０１７７】
測定したところ、ポリマー（５）の重量平均分子量（Ｍｗ）は約４２７００であった。
【０１７８】
ポリマー（５）を核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光法により分析した。結果は以下のとおりである。１Ｈ  ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ６，５００ＭＨｚ）δ９．６３（ｂｒ），７．７５（ｂｒ），６．９７（ｂｒ），６．４０（ｂｒ），５．２７（ｂｒ），４．２９（ｂｒ），３．８２（ｂｒ），０．７８（ｂｒ）。
【０１７９】
実施例６
【０１８０】
１−フェニルエチルテトラデシルカルボノトリチオアート０．０９７３ｇ（０．２３７ｍｍｏｌｅ）、ビニルベンジルイミダゾリウムクロリド（［ＭＶＢＩＭ］Ｃｌ）６．６７ｇ（２８．４４ｍｍｏｌｅ）、下式で表される構造を持つビニルベンジルオクチルエーテル（ＶＢＯＯｃ）４．６７ｇ（１８．９６ｍｍｏｌｅ）、およびアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）９．７２ｍｇ（０．０５９ｍｍｏｌｅ）を、窒素雰囲気下で反応瓶に入れた。
【０１８１】
【化１０８】
2018028065.tif 000109
【０１８２】
次いで、メタノール２０ｍｌをその反応瓶に加え、１００℃に加熱した。７２時間撹拌し、濃縮した後、得られたものをエーテルで洗浄してから、固体を収集し、ポリマー（６）を得た（下式で表される２つの繰り返し単位を有する。前者の繰り返し単位と後者の繰り返し単位との比は約６０：４０）。
【０１８３】
【化１０９】
2018028065.tif 000110
【０１８４】
【化１１０】
2018028065.tif 000111
【０１８５】
測定したところ、ポリマー（６）の重量平均分子量（Ｍｗ）は約１５３５０７であった。
【０１８６】
ポリマー（６）を核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光法により分析した。結果は以下のとおりである。１Ｈ  ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ６，５００ＭＨｚ）δ９．８３（ｂｒ），７．７５（ｂｒ），７．２２（ｂｒ），６．３９（ｂｒ），５．４２（ｂｒ），４．３３（ｂｒ），３．８６（ｂｒ），３．２６（ｂｒ），０．７６（ｂｒ）。
【０１８７】
実施例７
【０１８８】
１− フェニルエチルテトラデシルカルボノトリチオアート０．０９７３ｇ（０．２３７ｍｍｏｌｅ）、ビニルベンジルイミダゾリウムクロリド（［ＭＶＢＩＭ］Ｃｌ）７．７９ｇ（３３．１８ｍｍｏｌｅ）、下式で表される構造を持つビニルベンジル−（２−エチル）ヘキシルエーテル（vinylbenzyl-(2-ehtyl)hexyl ether）（ＶＢＯＥＨ）３．５ｇ（１４．２２ｍｍｏｌｅ）、およびアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）９．７２ｍｇ（０．０５９ｍｍｏｌｅ）を、窒素雰囲気下で反応瓶に入れた。
【０１８９】
【化１１１】
2018028065.tif 000112
【０１９０】
次いで、メタノール２０ｍｌをその反応瓶に加え、１００℃に加熱した。７２時間撹拌し、濃縮した後、得られたものをエーテルで洗浄してから、固体を収集し、ポリマー（７）を得た（下式で表される２つの繰り返し単位を有する。前者の繰り返し単位と後者の繰り返し単位との比は約７０：３０）。
【０１９１】
【化１１２】
2018028065.tif 000113
【０１９２】
【化１１３】
2018028065.tif 000114
【０１９３】
測定したところ、ポリマー（７）の重量平均分子量（Ｍｗ）は約７４６４８であった。
【０１９４】
ポリマー（７）を核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光法により分析した。結果は以下のとおりである。１Ｈ  ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ６，５００ＭＨｚ）δ９．７４（ｂｒ），７．７３（ｂｒ），７．２９（ｂｒ），６．３７（ｂｒ），５．４３（ｂｒ），４．３３（ｂｒ），３．８６（ｂｒ），３．２３（ｂｒ），０．７５（ｂｒ）。
【０１９５】
実施例８
【０１９６】
１− フェニルエチルテトラデシルカルボノトリチオアート０．０９７３ｇ（０．２３７ｍｍｏｌｅ）、下式で表される構造を持つ３−ブチル−１−（４−ビニルベンジル）−１Ｈ−イミダゾール−３−イウムクロリド（3-butyl-1-(4-vinylbenzyl)-1H-imidazol-3-ium chloride）（［ＢＶＢＩＭ］Ｃｌ）５．９ｇ（２１．３３ｍｍｏｌｅ）、下式で表される構造を持つビニルベンジルブチルエーテル（ＶＢＯＢｕ）３．６１ｇ（１８．９６ｍｍｏｌｅ）、およびアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）９．７２ｍｇ（０．０５９ｍｍｏｌｅ）を、窒素雰囲気下で反応瓶に入れた。
【０１９７】
【化１１４】
2018028065.tif 000115
【０１９８】
【化１１５】
2018028065.tif 000116
【０１９９】
次いで、メタノール２０ｍｌをその反応瓶に加え、１００℃に加熱した。７２時間撹拌し、濃縮した後、得られたものをエーテルで洗浄してから、固体を収集し、ポリマー（８）を得た（下式で表される２つの繰り返し単位を有する。前者の繰り返し単位と後者の繰り返し単位との比は約４５：５５）。
【０２００】
【化１１６】
2018028065.tif 000117
【０２０１】
【化１１７】
2018028065.tif 000118
【０２０２】
測定したところ、ポリマー（８）の重量平均分子量（Ｍｗ）は約１１７２００であった。
【０２０３】
ポリマー（８）を核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光法により分析した。結果は以下のとおりである。１Ｈ  ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ６，５００ＭＨｚ）δ９．８６（ｂｒ），７．８３（ｂｒ），６．９９（ｂｒ），６．４２（ｂｒ），５．３７（ｂｒ），４．３２（ｂｒ），４．１０（ｂｒ），３．１７（ｂｒ），０．８７（ｂｒ）。
【０２０４】
実施例９
【０２０５】
１− フェニルエチルテトラデシルカルボノトリチオアート０．０９７３ｇ（０．２３７ｍｍｏｌｅ）、３−ブチル−１−（４−ビニルベンジル）−１Ｈ−イミダゾール−３−イウムクロリド（［ＢＶＢＩＭ］Ｃｌ）７．８７ｇ（２８．４４ｍｍｏｌｅ）、ビニルベンジルブチルエーテル（ＶＢＯＢｕ）３．６１ｇ（１８．９６ｍｍｏｌｅ）、およびアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）９．７２ｍｇ（０．０５９ｍｍｏｌｅ）を、窒素雰囲気下で反応瓶に入れた。
【０２０６】
次いで、メタノール２０ｍｌをその反応瓶に加え、１００℃に加熱した。７２時間撹拌し、濃縮した後、得られたものをエーテルで洗浄してから、固体を収集し、ポリマー（９）を得た（下式で表される２つの繰り返し単位を有する。前者の繰り返し単位と後者の繰り返し単位との比は約６０：４０）。
【０２０７】
【化１１８】
2018028065.tif 000119
【０２０８】
【化１１９】
2018028065.tif 000120
【０２０９】
測定したところ、ポリマー（９）の重量平均分子量（Ｍｗ）は約１３５９６６であった。
【０２１０】
ポリマー（９）を核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光法により分析した。結果は以下のとおりである。１Ｈ  ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ６，５００ＭＨｚ）δ９．９６（ｂｒ），７．８４（ｂｒ），６．６８−７．５７（ｂｒ），６．４３（ｂｒ），５．４２（ｂｒ），４．３３（ｂｒ），４．１８（ｂｒ），０．８０（ｂｒ）。
【０２１１】
実施例１０
【０２１２】
１− フェニルエチルテトラデシルカルボノトリチオアート０．０９７３ｇ（０．２３７ｍｍｏｌｅ）、３−ブチル−１−（４−ビニルベンジル）−１Ｈ−イミダゾール−３−イウムクロリド（［ＢＶＢＩＭ］Ｃｌ）９．１８ｇ（３３．１８ｍｍｏｌｅ）、ビニルベンジルブチルエーテル（ＶＢＯＢｕ）２．７１ｇ（１４．２２ｍｍｏｌｅ）、およびアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）９．７２ｍｇ（０．０５９ｍｍｏｌｅ）を、窒素雰囲気下で反応瓶に入れた。
【０２１３】
次いで、メタノール２０ｍｌをその反応瓶に加え、１００℃に加熱した。７２時間撹拌し、濃縮した後、得られたものをエーテルで洗浄してから、固体を収集し、ポリマー（１０）を得た（下式で表される２つの繰り返し単位を有する。前者の繰り返し単位と後者の繰り返し単位との比は約７０：３０）。
【０２１４】
【化１２０】
2018028065.tif 000121
【０２１５】
【化１２１】
2018028065.tif 000122
【０２１６】
測定したところ、ポリマー（１０）の重量平均分子量（Ｍｗ）は約２６２１００であった。
【０２１７】
ポリマー（１０）を核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光法により分析した。結果は以下のとおりである。１Ｈ  ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ６，５００ＭＨｚ）δ１０．０８（ｂｒ），  ７．８６（ｂｒ），６．７０−７．５８（ｂｒ），６．３７（ｂｒ），５．４４（ｂｒ），  ４．３３（ｂｒ），４．１６（ｂｒ），０．７９（ｂｒ）。
【０２１８】
実施例１１
【０２１９】
１− フェニルエチルテトラデシルカルボノトリチオアート０．０９７３ｇ（０．２３７ｍｍｏｌｅ）、３−ブチル−１−（４−ビニルベンジル）−１Ｈ−イミダゾール−３−イウムクロリド（［ＢＶＢＩＭ］Ｃｌ）９．１８ｇ（３３．１８ｍｍｏｌｅ）、下式の構造を持つビニルベンジル−（２−エチル）ヘキシルエーテル（ＶＢＯＥＨ）３．５ｇ（１４．２２ｍｍｏｌｅ）、およびアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）９．７２ｍｇ（０．０５９ｍｍｏｌｅ）を、窒素雰囲気下で反応瓶に入れた。
【０２２０】
【化１２２】
2018028065.tif 000123
【０２２１】
次いで、メタノール２０ｍｌをその反応瓶に加え、１００℃に加熱した。７２時間撹拌し、濃縮した後、得られたものをエーテルで洗浄してから、固体を収集し、ポリマー（１１）を得た（下式で表される２つの繰り返し単位を有する。前者の繰り返し単位と後者の繰り返し単位との比は約７０：３０）。
【０２２２】
【化１２３】
2018028065.tif 000124
【０２２３】
【化１２４】
2018028065.tif 000125
【０２２４】
測定したところ、ポリマー（１１）の重量平均分子量（Ｍｗ）は約１３８０１０であった。
【０２２５】
ポリマー（１１）を核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光法により分析した。結果は以下のとおりである。１Ｈ  ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ６，５００ＭＨｚ）δ１０．０３（ｂｒ），  ７．８５（ｂｒ），６．６６−７．５７（ｂｒ），６．３５（ｂｒ），５．４３（ｂｒ），  ４．３４（ｂｒ），４．１８（ｂｒ），３．２３（ｂｒ），０．７５（ｂｒ）。
【０２２６】
実施例１２
【０２２７】
１−フェニルエチルテトラデシルカルボノトリチオアート０．０９７３ｇ（０．２３７ｍｍｏｌｅ）、下式の構造を持つ１，３−ジメチル−２−（２−（（４−ビニルベンジル）オキシ）プロパン−２−イル）−１Ｈ−イミダゾール−３−イウムクロリド（1,3-dimethyl-2-(2-((4-vinylbenzyl)oxy)propan-2-yl)-1H-imidazol-3-ium chloride）（［ＭＶＢＣＩＭ］Ｃｌ）１０．１８ｇ（３３．１８ｍｍｏｌｅ）、下式の構造を持つビニルベンジルブチルエーテル（ＶＢＯＢｕ）２．７１ｇ（１４．２２ｍｍｏｌｅ）、およびアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）９．７２ｍｇ（０．０５９ｍｍｏｌｅ）を、窒素雰囲気下で反応瓶に入れた。
【０２２８】
【化１２５】
2018028065.tif 000126
【０２２９】
【化１２６】
2018028065.tif 000127
【０２３０】
次いで、メタノール２０ｍｌをその反応瓶に加え、１００℃に加熱した。７２時間撹拌し、濃縮した後、得られたものをエーテルで洗浄してから、固体を収集し、ポリマー（１２）を得た（下式で表される２つの繰り返し単位を有する。前者の繰り返し単位と後者の繰り返し単位との比は約７０：３０）。
【０２３１】
【化１２７】
2018028065.tif 000128
【０２３２】
【化１２８】
2018028065.tif 000129
【０２３３】
測定したところ、ポリマー（１２）の重量平均分子量（Ｍｗ）は約１６１７２であった。
【０２３４】
ポリマー（１２）を核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光法により分析した。結果は以下のとおりである。１Ｈ  ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ６，５００ＭＨｚ）δ７．７５（ｂｒ），６．１０−７．５２（ｂｒ），５．０９（ｂｒ），４．３４（ｂｒ），３．９８（ｂｒ）。
【０２３５】
架橋剤の作製
【０２３６】
作製例１
【０２３７】
【化１２９】
2018028065.tif 000130
【０２３８】
【化１３０】
2018028065.tif 000131
【０２３９】
上式のＡ２．７３ｇおよびＢ０．３７ｇを反応瓶に入れた（ＡとＢのモル比は２：１）。次いで、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）９７ｇをその反応瓶に加えた。１００〜１５０℃で５〜１０時間撹拌した後、ポリマー架橋剤（１）を得た。
【０２４０】
アニオン交換膜の作製
【０２４１】
実施例１３
【０２４２】
１００重量部のポリマー（２）（実施例２で作製）を反応瓶に加え、５６７重量部のジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）中に溶解した。次いで、その反応瓶に、１０重量部のポリマー架橋剤（１）（作製例１で作製）を加えた。次いで、得られたものを、高速ホモジナイザーで混合および分散してから、消泡して溶液を得た。次いで、その溶液をスピンコーティングによりガラス基板上に塗布し、コーティングを形成した。次いで、そのコーティングを４０〜１５０℃で焼成して、大部分の溶媒を除去した。次いで、そのコーティングを１２０〜２００℃で１〜６時間焼成して残留溶媒を除去し、アニオン交換膜（１）を得た。次に、アニオン交換膜（１）のイオン伝導度および寸法安定性を測定した。その結果が表１に示されている。アニオン交換膜（１）の寸法安定性は、２５℃で２４時間浸漬した後、Journal of Materials Chemistry A Materials for Energy and Sustainability 3 (23) (2015) 12284-12296にしたがって測定した。
【０２４３】
実施例１４〜１７
【０２４４】
ポリマー（２）をそれぞれポリマー（７）、（９）、（１０）および（１１）に置き換えて、アニオン交換膜（２）〜（５）を得たことの他は、実施例１３と同じ方式で実施例１４〜１７を実施した。次いで、アニオン交換膜（２）〜（５）のイオン伝導度および寸法安定性を測定した。その結果が表１および表２に示されている。アニオン交換膜（２）〜（５）の寸法安定性は、２５℃で２４時間浸漬した後、Journal of Materials Chemistry A Materials for Energy and Sustainability 3 (23) (2015) 12284-12296にしたがって測定した。
【０２４５】
実施例１８
１００重量部のポリマー（８）（実施例８で作製）を反応瓶に加え、５６７重量部のジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）中に溶解した。次いで、得られたものを消泡して溶液を得た。次いで、その溶液をスピンコーティングによりガラス基板上に塗布し、コーティングを形成した。次いで、そのコーティングを４０〜１５０℃で焼成して、大部分の溶媒を除去した。次いで、そのコーティングを１２０〜２００℃で１〜６時間焼成して残留溶媒を除去し、アニオン交換膜（６）を得た。次に、アニオン交換膜（６）のイオン伝導度および寸法安定性を測定した。その結果が表２に示されている。アニオン交換膜（６）の寸法安定性は、２５℃で２４時間浸漬した後、Journal of Materials Chemistry A Materials for Energy and Sustainability 3 (23) (2015) 12284-12296にしたがって測定した。
【０２４６】
【表１】
2018028065.tif 000132
【０２４７】
【表２】
2018028065.tif 000133
【０２４８】
表１および表２に示されるように、下式で表されるイオン性繰り返し単位が増加するにつれ、アニオン交換膜のイオン伝導度が高まっている。さらに、本開示のアニオン交換膜は高い寸法安定性も示した。
【０２４９】
【化１３１】
2018028065.tif 000134
【０２５０】
本イオン交換膜は、安定な環状共役（cyclic conjugated）カチオン基(例えばイミダゾール基)を備えるポリマーから作製され、かつ架橋剤が、環状共役カチオン基と反応することができる少なくとも２つの官能基を有するため、本イオン交換膜は、高い成膜能（film forming ability）、イオン伝導度、機械強度、および寸法安定性を示す。よって、本イオン交換膜は、燃料電池、または精製および分離デバイスへの使用に適している。
【０２５１】
上述したように、安定なカチオン基の導入により、本開示のポリマーは高いイオン伝導度を示す。さらに、非イオン性基を同時に導入したことで、本開示のポリマーは高い溶解度、機械強度、および溶媒選択性をも示す。
【０２５２】
開示した方法および物質に各種修飾および変更を加え得るということは、明らかであろう。明細書および実施例は単に例示として見なされるように意図されており、本開示の真の範囲は、以下の特許請求の範囲およびそれらの均等物によって示される。
【符号の説明】
【０２５３】
１０…構造強化膜
１１…第１の面
１３…第２の面
１２…基板
１２ａ…複合層
１４…ポリマーまたは架橋性ポリマー層
【図１Ａ】
2018028065.tif 000208
【図１Ｂ】
2018028065.tif 000209
【図２】
2018028065.tif 000210
【図３】
2018028065.tif 000211
【図４】
2018028065.tif 000212