(57)【要約】【課題】良好なラジカル耐性を発現する高分子電解質膜、該高分子電解質膜を得ることができる、高分子電解質組成物を提供することにある。さらには、該高分子電解質膜を用いてなる、長期安定性に優れた固体高分子型燃料電池を提供する。【解決手段】以下の成分（Ａ）および（Ｂ）を含有することを特徴とする高分子電解質組成物。（Ａ）イオン交換基を有する炭化水素系高分子電解質（Ｂ）Ｎ-ヒドロキシイミド構造を有する繰り返し単位を含む高分子化合物【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の成分（Ａ）および（Ｂ）を含有することを特徴とする高分子電解質組成物。
（Ａ）イオン交換基を有する炭化水素系高分子電解質
（Ｂ）Ｎ-ヒドロキシイミド構造を有する繰り返し単位を含む高分子化合物
【請求項２】
前記成分（Ａ）における炭化水素系高分子電解質が、芳香族系高分子電解質であることを特徴とする、請求項１に記載の高分子電解質組成物。
【請求項３】
前記成分（Ａ）が、下記一般式（１ａ）〜（４ａ）
2009242790.tif 000042
（式中、Ａｒ1〜Ａｒ9は、互いに独立に、置換基を有してもよいアリーレン基を表し、Ａｒ１およびＡｒ２から選ばれる１つ以上と、Ａｒ３〜Ａｒ６から選ばれる１つ以上と、Ａｒ７およびＡｒ８から選ばれる１つ以上と、Ａｒ９とはそれぞれ、イオン交換基が直接結合した芳香族環を有する。Ｚ、Ｚ’は互いに独立に−ＣＯ−、−ＳＯ2−のいずれかで表される基を表し、Ｘ、Ｘ’、Ｘ”は互いに独立に−Ｏ−、−Ｓ−のいずれかで表される基を表す。Ｙは直接結合もしくは下記一般式（１ｃ）で表される基を表す。ｐは０、１または２を表し、ｑ、ｒは互いに独立に１、２または３を表す。）
から選ばれるイオン交換基を有する繰り返し単位１種以上と、
下記一般式（１ｂ）〜（４ｂ）
2009242790.tif 000043
（式中、Ａｒ11〜Ａｒ19は、互いに独立に置換基を有していてもよいアリーレン基を表す。Ｚ、Ｚ’は互いに独立に−ＣＯ−、−ＳＯ2−のいずれかで表される基を表し、Ｘ、Ｘ’、Ｘ”は互いに独立に−Ｏ−、−Ｓ−のいずれかで表される基を表す。Ｙは直接結合もしくは下記一般式（１ｃ）で表される基を表す。ｐ’は０、１または２を表し、ｑ’、ｒ’は互いに独立に１、２または３を表す。）
から選ばれるイオン交換基を実質的に有さない繰り返し単位１種以上とを含む炭化水素系高分子電解質であることを特徴とする請求項１または２に記載の高分子電解質組成物。
2009242790.tif 000044
（式中、ＲaおよびＲbは互いに独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数１〜１０のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜１０のアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素数５〜８のシクロアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数６〜１８のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数６〜１８のアリールオキシ基または置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアシル基を表し、ＲaとＲbとは互いに結合し、置換基を有していてもよい非芳香族の環を形成していてもよい。）
【請求項４】
前記成分（Ａ）が、下記一般式（１ａ）〜（４ａ）
2009242790.tif 000045
（式中、Ａｒ1〜Ａｒ9は、互いに独立に、置換基を有してもよいアリーレン基を表し、イオン交換基が直接結合した芳香族環を有する。Ｚ、Ｚ’は互いに独立に−ＣＯ−、−ＳＯ2−のいずれかで表される基を表し、Ｘ、Ｘ’、Ｘ”は互いに独立に−Ｏ−、−Ｓ−のいずれかで表される基を表す。Ｙは直接結合もしくは下記一般式（１ｃ）で表される基を表す。ｐは０、１または２を表し、ｑ、ｒは互いに独立に１、２または３を表す。）
から選ばれるイオン交換基を有する繰り返し単位１種以上と、
下記一般式（１ｂ）〜（４ｂ）
2009242790.tif 000046
（式中、Ａｒ11〜Ａｒ19は、互いに独立に置換基を有していてもよいアリーレン基を表す。Ｚ、Ｚ’は互いに独立に−ＣＯ−、−ＳＯ2−のいずれかで表される基を表し、Ｘ、Ｘ’、Ｘ”は互いに独立に−Ｏ−、−Ｓ−のいずれかで表される基を表す。Ｙは直接結合もしくは下記一般式（１ｃ）で表される基を表す。ｐ’は０、１または２を表し、ｑ’、ｒ’は互いに独立に１、２または３を表す。）
から選ばれるイオン交換基を実質的に有さない繰り返し単位１種以上とを含む炭化水素系高分子電解質であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の高分子電解質組成物。
2009242790.tif 000047
（式中、ＲaおよびＲbは互いに独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数１〜１０のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜１０のアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素数５〜８のシクロアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数６〜１８のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数６〜１８のアリールオキシ基または置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアシル基を表し、ＲaとＲbとは互いに結合し、置換基を有していてもよい非芳香族の環を形成していてもよい。）
【請求項５】
前記成分（Ａ）が、複数種の繰り返し単位を含み、共重合様式が、ブロック共重合体、グラフト共重合体およびランダム共重合体から選ばれる１種以上の炭化水素系高分子電解質であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の高分子電解質組成物。
【請求項６】
前記成分（Ａ）が、イオン交換基を有するブロックとイオン交換基を実質的に有さないブロックとを含み、共重合様式がブロック共重合体またはグラフト共重合体である炭化水素系高分子電解質であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の高分子電解質組成物。
【請求項７】
前記成分（Ａ）が、イオン交換基を有するブロックにおいて、該ブロックの主鎖に置換基を有してもよい芳香族環を有し、該ブロックに含まれる芳香族環の少なくとも１つが該芳香族環に直接結合したイオン交換基を有する炭化水素系高分子電解質であることを特徴とする請求項６に記載の高分子電解質組成物。
【請求項８】
前記成分（Ａ）が、下記一般式（４ａ’）
2009242790.tif 000048
（式中、ｍは５以上の整数を表し、Ａｒ9はアリーレン基を表し、ここでアリーレン基は、置換基を有していてもよい炭素数１〜１０のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜１０のアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素数６〜１８のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数６〜１８のアリールオキシ基または置換基を有していてもよい炭素数２〜２０のアシル基で置換されていてもよい。Ａｒ9はイオン交換基が直接結合した芳香族環を有する。）で表されるイオン交換基を有するブロックと、
下記一般式（１ｂ’）、（２ｂ’）または（３ｂ’）
2009242790.tif 000049
（式中、ｎは５以上の整数を表す。Ａｒ11〜Ａｒ18は互いに独立にアリーレン基を表し、ここでこれらのアリーレン基は、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数１〜１０のアルコキシ基、炭素数６〜１８のアリール基、炭素数６〜１８のアリールオキシ基または炭素数２〜２０のアシル基で置換されていてもよい。Ｚ、Ｚ’、Ｘ、Ｘ’、Ｘ”は、前記一般式（１ｂ）〜（３ｂ）のものと同じである。）
で示されるブロックから選ばれイオン交換基を実質的に有さないブロックとを含むことを特徴とする請求項６または７に記載の高分子電解質組成物。
【請求項９】
前記成分（Ａ）が、スルホン酸基をイオン交換基として有する炭化水素系高分子電解質であることを特徴とする、請求項１〜８の何れかに記載の高分子電解質組成物。
【請求項１０】
前記成分（Ａ）１００重量部に対して、前記成分（Ｂ）が０．１〜２５重量部であることを特徴とする、請求項１〜９の何れかに記載の高分子電解質組成物。
【請求項１１】
前記成分（Ｂ）におけるＮ-ヒドロキシイミド構造を有する繰り返し単位として、下記一般式（５）
2009242790.tif 000050
（式中、Ｑは−ＣＲcＲd−で示される基、−Ｏ−で示される基または−Ｓ−で示される基を表し、ｊは０〜２の整数を表す。ｊ＝０の場合、単結合を示す。ｊ＝２の場合、２個存在するＱは同一であっても、異なっていてもよい。Ｒ1〜Ｒ4、ＲcおよびＲdは、互いに独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数１〜１０のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜１０のアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素数５〜８のシクロアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数６〜１８のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数６〜１８のアリールオキシ基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアシル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、アミノ基またはシアノ基を表す。但し、ｊ＝０の場合、Ｒ1〜Ｒ4の全てが、ｊ＝１または２の場合、Ｒ1〜Ｒ4、ＲcおよびＲdの全てが、ニトロ基および／またはシアノ基である場合を除く。Ｒ1〜Ｒ4、ＲcおよびＲdから選ばれる２個以上からなる任意の組合せで結合することにより、置換基を有していてもよい芳香族環または置換基を有していてもよい非芳香族の環を形成してもよい。）で示される環状化合物から、少なくとも１個の水素原子を除いた残基を有する繰り返し単位を含むことを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の高分子電解質組成物。
【請求項１２】
前記成分（Ｂ）におけるＮ-ヒドロキシイミド構造を有する繰り返し単位として、下記一般式（６）
2009242790.tif 000051
（式中、Ｑは−ＣＲcＲd−で示される基、−Ｏ−で示される基または−Ｓ−で示される基を表し、ｊは０〜２の整数を表す。ｊ＝０の場合、単結合を示す。ｊ＝２の場合、２個存在するＱは同一であっても、異なっていてもよい。Ｒ1、Ｒ3、ＲcおよびＲdは、互いに独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数１〜１０のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜１０のアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素数５〜８のシクロアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数６〜１８のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数６〜１８のアリールオキシ基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアシル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、アミノ基またはシアノ基を表す。Ｒ1、Ｒ3、ＲcおよびＲdから選ばれる２個以上からなる任意の組合せで結合することにより、置換基を有していてもよい芳香族環または置換基を有していてもよい非芳香族の環を形成してもよい。）で示される繰り返し単位を含むことを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の高分子電解質組成物。
【請求項１３】
前記成分（Ｂ）におけるＮ-ヒドロキシイミド構造を有する繰り返し単位として、下記一般式（７）
2009242790.tif 000052
（Ｒ1〜Ｒ4は、前記一般式（５）のものと同じである。但し、Ｒ1〜Ｒ4の全てが、ニトロ基および／またはシアノ基である場合を除く。）で示される環状化合物から、少なくとも１個の水素原子を除いた残基の構造を有する繰り返し単位を含むことを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の高分子電解質組成物。
【請求項１４】
前記成分（Ｂ）におけるＮ-ヒドロキシイミド構造を有する繰り返し単位として、下記一般式（８）
2009242790.tif 000053
（Ｒ1、Ｒ3は、前記一般式（６）のものと同じである。）で示される繰り返し単位を含むことを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の高分子電解質組成物。
【請求項１５】
前記成分（Ｂ）が、Ｎ-ヒドロキシイミド構造を有する繰り返し単位とＮ-ヒドロキシイミド構造を有さない繰り返し単位とを含む高分子化合物であることを特徴とする請求項１〜１４の何れかに記載の高分子電解質組成物。
【請求項１６】
前記成分（Ｂ）におけるＮ-ヒドロキシイミド構造を有さない繰り返し単位として、下記一般式（９）および（１０）
2009242790.tif 000054
（式中、Ｒ5〜Ｒ8は、互いに独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数１〜１０のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜１０のアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素数５〜８のシクロアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数６〜１８のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数６〜１８のアリールオキシ基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアシル基、ヒドロキシル基、カルボニル基、カルボキシル基、ニトロ基、アミノ基またはシアノ基を表す。Ａｒ21は、置換基を有していてもよいアリーレン基を表す。）から選ばれる繰り返し単位１種以上を含むことを特徴とする請求項１５に記載の高分子電解質組成物。
【請求項１７】
請求項１〜１６の何れかに記載の高分子電解質組成物からなる高分子電解質膜。
【請求項１８】
請求項１７に記載の高分子電解質膜を備える、膜−電極接合体。
【請求項１９】
請求項１〜１６の何れかに記載の高分子電解質組成物からなる触媒層。
【請求項２０】
請求項１９の触媒層を備える、膜−電極接合体。
【請求項２１】
請求項１８または２０に記載の膜−電極接合体を有する固体高分子型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子電解質組成物に関する。より詳しくは固体高分子型燃料電池の部材を得る上で好適な高分子電解質組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
高分子電解質は固体高分子型燃料電池に用いられている。固体高分子型燃料電池（以下、「燃料電池」と略記することがある。）は、水素と酸素との化学的反応により発電させる発電装置であり、次世代エネルギーの一つとして電気機器産業や自動車産業等の分野において大きく期待されている。燃料電池の高分子電解質膜として、従来のフッ素系高分子電解質に代わって、安価で、耐熱性に優れた炭化水素系高分子電解質が近年注目されてきている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
高分子電解質としては、長期の運転安定性（以下、「長期安定性」と呼ぶ）を示す燃料電池を与えるものが求められている。この長期安定性を妨げる要因としては、様々な原因が推定されているが、その１つとして、電池稼動時に発生する過酸化物（例えば、過酸化水素等）または該過酸化物から発生するラジカルによる膜の劣化が知られている。ラジカル耐性が不十分な高分子電解質膜を用いた燃料電池は、電池の作動・停止を繰り返すような長期運転を行なうと、高分子電解質膜が著しく劣化して、イオン伝導性が低下し、結果として燃料電池自体の発電性能が極めて低下し易い。それゆえ、高分子電解質膜の過酸化物やラジカルに対する耐久性（以下、「ラジカル耐性」と呼ぶ）を向上させることが、固体高分子型燃料電池の長期安定性に繋がる１つの対策とされている。従来から、高分子電解質膜のラジカルに対する耐久性を向上させる目的で、例えば、高分子電解質に低分子のイミド化合物を含有させることが知られていた。（例えば、特許文献２および３参照。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−０３１２３２号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】特開２００６―０４９２６３号公報（特許請求の範囲）
【特許文献３】特開２００６―２３６９３５号公報（実施例）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の低分子のイミド化合物は、フッ素系高分子電解質に含有させた場合は、ラジカル耐性が向上するものの、炭化水素系高分子電解質に含有させた場合は、ラジカル耐性の向上は十分ではなかった。従って、炭化水素系高分子電解質膜においても、長期安定性に優れた高分子電解質膜の実現が切望されていた。
【０００６】
このような状況下、本発明の目的は、良好なラジカル耐性を発現する高分子電解質膜、該高分子電解質膜を得ることができる、高分子電解質組成物を提供することにある。さらには、該高分子電解質膜を用いてなる、長期安定性に優れた固体高分子型燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは上記の事情に鑑み、良好なラジカル耐性を発現する高分子電解質膜を得ることができる、高分子電解質組成物について、鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は[１]を提供するものである。
［１］  以下の成分（Ａ）および（Ｂ）を含有することを特徴とする高分子電解質組成物。
（Ａ）イオン交換基を有する炭化水素系高分子電解質
（Ｂ）Ｎ-ヒドロキシイミド構造を有する繰り返し単位を含む高分子化合物
【０００８】
また、本発明は前記[１]の成分（Ａ）に係る好適な実施形態として、下記の[２]〜［９］を提供する。
［２］前記成分（Ａ）における炭化水素系高分子電解質が、芳香族系高分子電解質であることを特徴とする、[１]に記載の高分子電解質組成物。
［３］前記成分（Ａ）が、下記一般式（１ａ）〜（４ａ）
2009242790.tif 000002
（式中、Ａｒ1〜Ａｒ9は、互いに独立に、置換基を有してもよいアリーレン基を表し、Ａｒ１およびＡｒ２から選ばれる１つ以上と、Ａｒ３〜Ａｒ６から選ばれる１つ以上と、Ａｒ７およびＡｒ８から選ばれる１つ以上と、Ａｒ９とはそれぞれ、イオン交換基が直接結合した芳香族環を有する。Ｚ、Ｚ’は互いに独立に−ＣＯ−、−ＳＯ2−のいずれかで表される基を表し、Ｘ、Ｘ’、Ｘ”は互いに独立に−Ｏ−、−Ｓ−のいずれかで表される基を表す。Ｙは直接結合もしくは下記一般式（１ｃ）で表される基を表す。ｐは０、１または２を表し、ｑ、ｒは互いに独立に１、２または３を表す。）
から選ばれるイオン交換基を有する繰り返し単位１種以上と、
下記一般式（１ｂ）〜（４ｂ）
2009242790.tif 000003
（式中、Ａｒ11〜Ａｒ19は、互いに独立に置換基を有していてもよいアリーレン基を表す。Ｚ、Ｚ’は互いに独立に−ＣＯ−、−ＳＯ2−のいずれかで表される基を表し、Ｘ、Ｘ’、Ｘ”は互いに独立に−Ｏ−、−Ｓ−のいずれかで表される基を表す。Ｙは直接結合もしくは下記一般式（１ｃ）で表される基を表す。ｐ’は０、１または２を表し、ｑ’、ｒ’は互いに独立に１、２または３を表す。）
から選ばれるイオン交換基を実質的に有さない繰り返し単位１種以上とを含む炭化水素系高分子電解質であることを特徴とする[１]または[２]に記載の高分子電解質組成物。
2009242790.tif 000004
（式中、ＲaおよびＲbは互いに独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数１〜１０のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜１０のアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素数５〜８のシクロアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数６〜１８のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数６〜１８のアリールオキシ基または置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアシル基を表し、ＲaとＲbとは互いに結合し、置換基を有していてもよい非芳香族の環を形成していてもよい。）
［４］前記成分（Ａ）が、下記一般式（１ａ）〜（４ａ）
2009242790.tif 000005
（式中、Ａｒ1〜Ａｒ9は、互いに独立に、置換基を有してもよいアリーレン基を表し、イオン交換基が直接結合した芳香族環を有する。Ｚ、Ｚ’は互いに独立に−ＣＯ−、−ＳＯ2−のいずれかで表される基を表し、Ｘ、Ｘ’、Ｘ”は互いに独立に−Ｏ−、−Ｓ−のいずれかで表される基を表す。Ｙは直接結合もしくは下記一般式（１ｃ）で表される基を表す。ｐは０、１または２を表し、ｑ、ｒは互いに独立に１、２または３を表す。）
から選ばれるイオン交換基を有する繰り返し単位１種以上と、
下記一般式（１ｂ）〜（４ｂ）
2009242790.tif 000006
（式中、Ａｒ11〜Ａｒ19は、互いに独立に置換基を有していてもよいアリーレン基を表す。Ｚ、Ｚ’は互いに独立に−ＣＯ−、−ＳＯ2−のいずれかで表される基を表し、Ｘ、Ｘ’、Ｘ”は互いに独立に−Ｏ−、−Ｓ−のいずれかで表される基を表す。Ｙは直接結合もしくは下記一般式（１ｃ）で表される基を表す。ｐ’は０、１または２を表し、ｑ’、ｒ’は互いに独立に１、２または３を表す。）
から選ばれるイオン交換基を実質的に有さない繰り返し単位１種以上とを含む炭化水素系高分子電解質であることを特徴とする[１]〜[３]の何れかに記載の高分子電解質組成物。
2009242790.tif 000007
（式中、ＲaおよびＲbは互いに独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数１〜１０のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜１０のアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素数５〜８のシクロアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数６〜１８のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数６〜１８のアリールオキシ基または置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアシル基を表し、ＲaとＲbとは互いに結合し、置換基を有していてもよい非芳香族の環を形成していてもよい。）
[５]前記成分（Ａ）が、複数種の繰り返し単位を含み、共重合様式が、ブロック共重合体、グラフト共重合体およびランダム共重合体から選ばれる１種以上の炭化水素系高分子電解質であることを特徴とする[１]〜[４]の何れかに記載の高分子電解質組成物。
[６]前記成分（Ａ）が、イオン交換基を有するブロックとイオン交換基を実質的に有さないブロックとを含み、共重合様式がブロック共重合体またはグラフト共重合体である炭化水素系高分子電解質であることを特徴とする[１]〜[５]の何れかに記載の高分子電解質組成物。
［７］前記成分（Ａ）が、イオン交換基を有するブロックにおいて、該ブロックの主鎖に置換基を有してもよい芳香族環を有し、該ブロックに含まれる芳香族環の少なくとも１つが該芳香族環に直接結合したイオン交換基を有する炭化水素系高分子電解質であることを特徴とする[６]に記載の高分子電解質組成物。
［８］前記成分（Ａ）が、下記一般式（４ａ’）
2009242790.tif 000008
（式中、ｍは５以上の整数を表し、Ａｒ9はアリーレン基を表し、ここでアリーレン基は、置換基を有していてもよい炭素数１〜１０のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜１０のアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素数６〜１８のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数６〜１８のアリールオキシ基または置換基を有していてもよい炭素数２〜２０のアシル基で置換されていてもよい。Ａｒ9はイオン交換基が直接結合した芳香族環を有する。）で表されるイオン交換基を有するブロックと、
下記一般式（１ｂ’）、（２ｂ’）または（３ｂ’）
2009242790.tif 000009
（式中、ｎは５以上の整数を表す。Ａｒ11〜Ａｒ18は互いに独立にアリーレン基を表し、ここでこれらのアリーレン基は、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数１〜１０のアルコキシ基、炭素数６〜１８のアリール基、炭素数６〜１８のアリールオキシ基または炭素数２〜２０のアシル基で置換されていてもよい。Ｚ、Ｚ’、Ｘ、Ｘ’、Ｘ”は、前記一般式（１ｂ）〜（３ｂ）のものと同じである。）
で示されるブロックから選ばれイオン交換基を実質的に有さないブロックとを含むことを特徴とする[６]または［７］に記載の高分子電解質組成物。
［９］前記成分（Ａ）が、スルホン酸基をイオン交換基として有する炭化水素系高分子電解質であることを特徴とする、[１]〜[８]の何れかに記載の高分子電解質組成物。
【０００９】
また、本発明は前記[１]の成分（Ａ）と成分（Ｂ）とに係る好適な配合比として、下記の[１０]を提供する。
［１０］前記成分（Ａ）１００重量部に対して、前記成分（Ｂ）が０．１〜２５重量部であることを特徴とする、[１]〜[９]の何れかに記載の高分子電解質組成物。
【００１０】
さらに本発明は、前記[１]の成分（Ｂ）に係る好適な実施形態として、下記の［１１］〜［１６］を提供する。
［１１］前記成分（Ｂ）におけるＮ-ヒドロキシイミド構造を有する繰り返し単位として、下記一般式（５）
2009242790.tif 000010
（式中、Ｑは−ＣＲcＲd−で示される基、−Ｏ−で示される基または−Ｓ−で示される基を表し、ｊは０〜２の整数を表す。ｊ＝０の場合、単結合を示す。ｊ＝２の場合、２個存在するＱは同一であっても、異なっていてもよい。Ｒ1〜Ｒ4、ＲcおよびＲdは、互いに独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数１〜１０のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜１０のアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素数５〜８のシクロアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数６〜１８のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数６〜１８のアリールオキシ基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアシル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、アミノ基またはシアノ基を表す。但し、ｊ＝０の場合、Ｒ1〜Ｒ4の全てが、ｊ＝１または２の場合、Ｒ1〜Ｒ4、ＲcおよびＲdの全てが、ニトロ基および／またはシアノ基である場合を除く。Ｒ1〜Ｒ4、ＲcおよびＲdから選ばれる２個以上からなる任意の組合せで結合することにより、置換基を有していてもよい芳香族環または置換基を有していてもよい非芳香族の環を形成してもよい。）で示される環状化合物から、少なくとも１個の水素原子を除いた残基を有する繰り返し単位を含むことを特徴とする[１]〜[１０]の何れかに記載の高分子電解質組成物。
［１２］前記成分（Ｂ）におけるＮ-ヒドロキシイミド構造を有する繰り返し単位として、下記一般式（６）
2009242790.tif 000011
（式中、Ｑは−ＣＲcＲd−で示される基、−Ｏ−で示される基または−Ｓ−で示される基を表し、ｊは０〜２の整数を表す。ｊ＝０の場合、単結合を示す。ｊ＝２の場合、２個存在するＱは同一であっても、異なっていてもよい。Ｒ1、Ｒ3、ＲcおよびＲdは、互いに独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数１〜１０のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜１０のアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素数５〜８のシクロアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数６〜１８のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数６〜１８のアリールオキシ基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアシル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、アミノ基またはシアノ基を表す。Ｒ1、Ｒ3、ＲcおよびＲdから選ばれる２個以上からなる任意の組合せで結合することにより、置換基を有していてもよい芳香族環または置換基を有していてもよい非芳香族の環を形成してもよい。）で示される繰り返し単位を含むことを特徴とする[１]〜[１０]の何れかに記載の高分子電解質組成物。
［１３］前記成分（Ｂ）におけるＮ-ヒドロキシイミド構造を有する繰り返し単位として、下記一般式（７）
2009242790.tif 000012
（一般式（５）においてｊ＝０の場合。Ｒ1〜Ｒ4は、前記一般式（５）のものと同じである。）で示される環状化合物から、少なくとも１個の水素原子を除いた残基の構造を有する繰り返し単位を含むことを特徴とする[１]〜[１０]の何れかに記載の高分子電解質組成物。
［１４］前記成分（Ｂ）におけるＮ-ヒドロキシイミド構造を有する繰り返し単位として、下記一般式（８）
2009242790.tif 000013
（一般式（６）においてｊ＝０の場合。Ｒ1、Ｒ3は、前記一般式（６）のものと同じである。）で示される繰り返し単位を含むことを特徴とする[１]〜[１０]の何れかに記載の高分子電解質組成物。
［１５］前記成分（Ｂ）が、Ｎ-ヒドロキシイミド構造を有する繰り返し単位とＮ-ヒドロキシイミド構造を有さない繰り返し単位とを含む高分子化合物であることを特徴とする[１]〜[１４]の何れかに記載の高分子電解質組成物。
［１６］前記成分（Ｂ）におけるＮ-ヒドロキシイミド構造を有さない繰り返し単位として、下記一般式（９）および（１０）
2009242790.tif 000014
（式中、Ｒ5〜Ｒ8は、互いに独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数１〜１０のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜１０のアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素数５〜８のシクロアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数６〜１８のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数６〜１８のアリールオキシ基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアシル基、ヒドロキシル基、カルボニル基、カルボキシル基、ニトロ基、アミノ基またはシアノ基を表す。Ａｒ21は、置換基を有していてもよいアリーレン基を表す。）から選ばれる繰り返し単位１種以上を含むことを特徴とする[１５]に記載の高分子電解質組成物。
【００１１】
また、本発明は前記何れかの高分子電解質組成物を用いてなる、下記の［１７］〜［２１］を提供する。
［１７］[１]〜[１６]の何れかに記載の高分子電解質組成物からなる高分子電解質膜。
［１８］[１７]に記載の高分子電解質膜を備える、膜−電極接合体。
［１９］[１]〜[１６]の何れかに記載の高分子電解質組成物からなる触媒層。
［２０］[１９]の触媒層を備える、膜−電極接合体。
［２１］[１８]または[２０]に記載の膜−電極接合体を有する固体高分子型燃料電池。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の高分子電解質組成物によれば、低コストでラジカル耐性に優れた高分子電解質膜等の燃料電池用部材を得ることができる。また、本発明の高分子電解質組成物からなる高分子電解質膜は、長期安定性に優れた燃料電池を提供できるため、工業的に極めて有用である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る高分子電解質組成物について具体的に説明する。
【００１４】
＜成分（Ａ）＞
本発明に適用される成分（Ａ）は、イオン交換基を有する炭化水素系高分子電解質である。炭化水素系高分子電解質とは、高分子電解質中に含まれるハロゲン原子の量が高分子電解質全体の重量を基準として１５重量％以下である高分子電解質を意味し、ハロゲン原子を全く含まないことが好ましい。ハロゲンとしては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素があげられる。
【００１５】
本発明における炭化水素系高分子電解質としては特に限定されないが、芳香族系高分子電解質が例としてあげられる。芳香族系高分子電解質とは、芳香族環を有する化合物から水素原子を２個取り去って得られる２価の芳香族残基を構造単位として直接または連結員を介して連結された高分子化合物のことを意味する。本発明における炭化水素系高分子電解質は、主鎖に置換基を有してもよい芳香族環を有し、芳香族環に直接結合したイオン交換基を有することが好ましい。該置換基としては、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数１〜１０のアルコキシ基、炭素数５〜８のシクロアルキル基、炭素数６〜１８のアリール基、炭素数６〜１８のアリールオキシ基または炭素数１〜２０のアシル基等があげられる。
【００１６】
成分（Ａ）に用いる炭化水素系高分子電解質としては、例えば、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリパラフェニレン、ポリイミド等の芳香族主鎖を有するエンジニアリング樹脂や、ポリエチレン、ポリスチレン等の汎用樹脂、またはこれらを形成する繰り返し単位を複数種組み合わせて有する共重合体にイオン交換基が導入されてなる高分子があげられる。特に、主鎖に芳香族環を有することが好ましいので、前記のようなエンジニアリング樹脂、または当該エンジニアリング樹脂を構成する繰返し単位を複数種組み合わせて有する樹脂にイオン交換基が導入されてなる高分子が、より耐熱性に優れた高分子電解質膜が得られるので好ましい。また、炭化水素系高分子電解質は、フッ素系高分子電解質と比較して安価であるという利点を有する。
【００１７】
イオン交換基としては、スルホン酸基（−ＳＯ3Ｈ）、カルボン酸基（−ＣＯＯＨ）、リン酸基（−ＯＰ（Ｏ）（ＯＨ）2）、ホスホン酸基（−Ｐ（Ｏ）（ＯＨ）2）、スルホニルイミド基（−ＳＯ2−ＮＨ−ＳＯ2−）等のカチオン交換基が好ましく、中でもスルホン酸基が好ましい。
【００１８】
本発明で用いる炭化水素系高分子電解質は、複数種の繰り返し単位を含むことが好ましく、イオン交換基を有する繰り返し単位と、イオン交換基を有さない繰り返し単位とを含む共重合体がより好ましい。該共重合体の共重合様式は、ランダム共重合、ブロック共重合、グラフト共重合、交互共重合のいずれでも、またはこのような共重合様式を組み合わせてなる共重合体でもよいが、イオン交換基を有するブロック、およびイオン交換基を実質的に有さないブロックとを、それぞれ一つ以上有するブロック共重合体、グラフト共重合体等がより好ましく、製膜の際に後述のミクロ層分離構造を形成しやすくする観点から、ブロック共重合体がさらに好ましい。なお、本発明において、「ブロック共重合体」とは、化学的に性質の異なる２種以上のポリマーが、共有結合でつながり、長い連鎖になった分子構造のものをいう。また、「グラフト共重合体」とは、幹ポリマーに対し、異種の化学構造を有する枝ポリマーが化学的に結合した、分岐状の分子構造のものをいう。本発明では、前記ポリマー、前記幹ポリマーおよび前記枝ポリマーを、「ブロック」という。ブロックとは、骨格が同一の繰り返し単位が５個以上連結したものである。好ましくは、１種の繰り返し単位が５個以上連結したものである。ここで、該骨格とは、ポリマーを構成する主鎖であって置換基を含まないものをいう。また、前記「化学的に性質の異なる」ポリマーとは、例えば、イオン交換基を有するポリマーと、イオン交換基を実質的に有さないポリマーとがあげられる。
【００１９】
本発明において、ブロックが「イオン交換基を有する」とは、イオン交換基が、繰り返し単位１個あたりで平均０．５個以上含まれているブロックであることを意味し、繰り返し単位１個あたりで平均１．０個以上含まれているとより好ましい。一方、ブロックが「イオン交換基を実質的に有しない」とは、イオン交換基が、繰り返し単位１個あたりで平均０．５個未満であるブロックであることを意味し、繰り返し単位１個あたりで平均０．１個以下であるとより好ましく、平均０．０５個以下であるとさらに好ましい。
【００２０】
また、前記イオン交換基を有するブロックにおいて、該ブロックの主鎖に置換基を有してもよい芳香族環を有し、該ブロックに含まれる芳香族環の少なくとも１つが該芳香族環に直接結合したイオン交換基を有する炭化水素系高分子電解質であることが好ましい。
【００２１】
より具体的には、本発明のイオン伝導性高分子は、繰り返し単位として、上記の一般式（１ａ）、（２ａ）、（３ａ）、（４ａ）の何れか１種以上と、上記の一般式（１ｂ）、（２ｂ）、（３ｂ）、（４ｂ）の何れか１種以上とを含むことが好ましく、重合の形式としてはブロック共重合、交互共重合、およびランダム共重合等があげられる。
【００２２】
一般式（１ａ）〜（４ａ）、（１ｂ）〜（４ｂ）、（４ａ’）および（１ｂ’）〜（３ｂ’）における、Ａｒ1〜Ａｒ9およびＡｒ11〜Ａｒ19は、互いに独立なアリーレン基を表す。該アリーレン基としては、例えば、１，３−フェニレン、１，４−フェニレン等の単環性アリーレン基、１，３−ナフタレンジイル、１，４−ナフタレンジイル、１，５−ナフタレンジイル、１，６−ナフタレンジイル、１，７−ナフタレンジイル、２，６−ナフタレンジイル、２，７−ナフタレンジイル等の縮環系アリーレン基、ピリジンジイル、キノキサリンジイル、チオフェンジイル等のヘテロアリーレン基等があげられる。好ましくは単環性アリーレン基である。また、Ａｒ1〜Ａｒ9およびＡｒ11〜Ａｒ19における置換基としては、上述のものがあげられる。
【００２３】
また、（１ｃ）における、ＲaおよびＲbは、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数１〜１０のアルコキシ基、炭素数５〜８のシクロアルキル基、炭素数６〜１８のアリール基、炭素数６〜１８のアリールオキシ基、炭素数１〜２０のアシル基、互いに結合して形成する非芳香族の環を表し、ＲaおよびＲbは、置換基を有してもよく、該置換基としては、上述のものがあげられる。
【００２４】
上記炭素数１〜１０のアルキル基としては、直鎖状または分岐鎖状アルキル基があげられ、具体的には、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec-ブチル、ｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、デシル基などがあげられ、好ましくは、炭素数１〜５のアルキル基である。
【００２５】
上記炭素数１〜１０のアルコキシ基としては、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、イソブトキシ、ｔ−ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ基などあげられ、好ましくは、炭素数１〜５のアルコキシ基である。
【００２６】
上記炭素数５〜８のシクロアルキル基としては、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロオクチル基などがあげられ、好ましくは、炭素数５〜６のシクロアルキル基である。
【００２７】
上記炭素数６〜１８のアリール基としては、フェニル、o−メトキシフェニル、ｍ−メトキシフェニル、ｐ−メトキシフェニル、o-エトキシフェニル、ｍ-エトキシフェニル、ｐ-エトキシフェニル、o−フェノキシフェニル、ｍ−フェノキシフェニル、ｐ−フェノキシフェニル、o−クロロフェニル、ｍ−クロロフェニル、ｐ−クロロフェニル、o−ニトロフェニル、ｍ−ニトロフェニル、ｐ−ニトロフェニル、o−アミノフェニル、ｍ−アミノフェニル、ｐ−アミノフェニル基などの単環性アリール基、１−ナフチル、２−ナフチル、１−アントラシル、２−アントラシル、４−アントラシル基などの縮環系アリール基、１−ピリジル、２−ピリジル、４−ピリジル、１−ピロール、２−ピロール、１−チオフェン、２−チオフェン基などのヘテロアリール基などがあげられ、好ましくは、単環性アリール基であり、単環性アリール基の中でも、フェニル、ｐ−メトキシフェニル、ｐ−フェノキシフェニル基などが好ましい。
【００２８】
上記炭素数６〜１８のアリールオキシ基としては、フェニルオキシ、o−メトキシフェニルオキシ、ｍ−メトキシフェニルオキシ、ｐ−メトキシフェニルオキシ、o-エトキシフェニルオキシ、ｍ-エトキシフェニルオキシ、ｐ-エトキシフェニルオキシ、o−フェノキシフェニルオキシ、ｍ−フェノキシフェニルオキシ、ｐ−フェノキシフェニルオキシ、o−クロロフェニルオキシ、ｍ−クロロフェニルオキシ、ｐ−クロロフェニルオキシ、o−ニトロフェニルオキシ、ｍ−ニトロフェニルオキシ、ｐ−ニトロフェニルオキシ、o−アミノフェニルオキシ、ｍ−アミノフェニルオキシ、ｐ−アミノフェニルオキシ基などの単環性アリールオキシ基、１−ナフチルオキシ、２−ナフチルオキシ、１−アントラシルオキシ、２−アントラシルオキシ、４−アントラシルオキシ基などの縮環系アリールオキシ基、１−ピリジルオキシ、２−ピリジルオキシ、４−ピリジルオキシ、１−ピロールオキシ、２−ピロールオキシ、１−チオフェンオキシ、２−チオフェンオキシ基などのヘテロアリールオキシ基などがあげられ、好ましくは、単環性アリールオキシ基であり、単環性アリールオキシ基の中でも、フェニルオキシ、ｐ−メトキシフェニルオキシ、ｐ−フェノキシフェニルオキシ基などが好ましい。
【００２９】
上記炭素数１〜２０のアシル基としては、ホルミル、アセチル、プロピオニル、ブチリル、イソブチリル、バレリル、イソバレリル、パルミトイル、ステアロイル、オレオイル基などがあげられ、好ましくは、炭素数1〜５のアシル基である。
【００３０】
上記非芳香族環としては、シクロペンタン、シクロヘキサン、デカヒドロナフタレンなどのシクロアルカン類があげられる。好ましくはシクロヘキサンである。
【００３１】
本発明において、好ましいブロック共重合体としては、上記一般式（１ａ）、（２ａ）、（３ａ）、（４ａ）から選ばれるイオン交換基を有する繰り返し単位からなるブロック１種以上と、上記一般式（１ｂ）、（２ｂ）、（３ｂ）、（４ｂ）から選ばれるイオン交換基を実質的に有さない繰り返し単位からなるブロック１種以上とを有するものがあげられるが、より好ましくは、下記のブロックを有する共重合体があげられる。
【００３２】
＜ア＞．（１ａ）の繰り返し単位からなるブロックと、（１ｂ）の繰り返し単位からなるブロック、
＜イ＞．（１ａ）の繰り返し単位からなるブロックと、（２ｂ）の繰り返し単位からなるブロック、
＜ウ＞．（２ａ）の繰り返し単位からなるブロックと、（１ｂ）の繰り返し単位からなるブロック、
＜エ＞．（２ａ）の繰り返し単位からなるブロックと、（２ｂ）の繰り返し単位からなるブロック、
【００３３】
＜オ＞．（３ａ）の繰り返し単位からなるブロックと、（１ｂ）の繰り返し単位からなるブロック、
＜カ＞．（３ａ）の繰り返し単位からなるブロックと、（２ｂ）の繰り返し単位からなるブロック、
＜キ＞．（４ａ）の繰り返し単位からなるブロックと、（１ｂ）の繰り返し単位からなるブロック、
＜ク＞．（４ａ）の繰り返し単位からなるブロックと、（２ｂ）の繰り返し単位からなるブロックなど
【００３４】
さらに好ましくは、上記の＜イ＞、＜ウ＞、＜エ＞、＜キ＞、＜ク＞などを有するものである。特に好ましくは、上記の＜キ＞、＜ク＞などを有するものである。
【００３５】
本発明において、より好ましいブロック共重合体としては、（４ａ）の繰り返し数、すなわち上記の一般式（４ａ'）におけるｍは５以上の整数を表し、５〜１０００の範囲が好ましく、さらに好ましくは１０〜５００である。ｍの値が５以上であれば、燃料電池用の高分子電解質として、プロトン伝導度が十分であるので好ましい。ｍの値が１０００以下であれば、製造がより容易であるので好ましい。
【００３６】
式（４ａ'）におけるＡｒ9は、イオン交換基が直接結合した芳香族環を有する。イオン交換基として、上述のとおり、カチオン交換基がより好ましく、スルホン酸基が特に好ましい。芳香族環としては、原料入手および合成が容易であるという観点から、単環性アリーレン基が好ましい。また、プロトン伝導性を向上させる観点から、主鎖上のアリーレン基がイオン交換基と直接結合していることが好ましい。
【００３７】
これらのイオン交換基は、部分的にあるいは全てが金属イオンなどで交換されて塩を形成していてもよいが、燃料電池用高分子電解質膜などとして使用する際には、実質的に全てが遊離酸の状態であることが好ましい。
【００３８】
式（４ａ'）で示される繰り返し構造の好ましい例としては、下記式（１１）があげられる。
【００３９】
2009242790.tif 000015
【００４０】
また、本発明において、より好ましいブロック共重合体としては、（１ｂ）〜（３ｂ）の繰り返し数、すなわち上記の一般式（１ｂ’）〜（３ｂ’）におけるｎは５以上の整数を表し、５〜１０００の範囲が好ましく、さらに好ましくは１０〜５００の範囲である。繰り返し数がこの範囲である高分子電解質は、高分子電解質膜にしたときのイオン伝導性と機械強度または耐水性とのバランスに優れ、各々のブロックの合成が容易であるので好ましい。
【００４１】
炭化水素系高分子電解質の具体例としては、例えば下記の構造があげられる。
【００４２】
2009242790.tif 000016
【００４３】
2009242790.tif 000017
【００４４】
2009242790.tif 000018
【００４５】
2009242790.tif 000019
【００４６】
2009242790.tif 000020
【００４７】
2009242790.tif 000021
【００４８】
なお、上記（Ａ−１）〜（Ａ−２６）において、「ｂｌｏｃｋ」の表記は、括弧内の繰り返し単位からなるブロックを有するブロック共重合体であることを意味する。また、かかるブロック同士は、直接結合している形態でもよく、適当な原子または原子団で連結している形態でもよい。
【００４９】
より好ましい炭化水素系高分子電解質としては、例えば上記の（Ａ−２）、（Ａ−７）、（Ａ−８）、（Ａ−１６）、（Ａ−１８）、（Ａ−２２）〜（Ａ−２５）等があげられ、特に好ましくは（Ａ−１６）、（Ａ−１８）、（Ａ−２２）、（Ａ−２３）、（Ａ−２５）等があげられる。
【００５０】
また、プロトン伝導性高分子の分子量は、ポリスチレン換算の数平均分子量で表して、５０００〜１００００００であることが好ましく、１５０００〜４０００００であることが特に好ましい。該数平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）により測定される。
【００５１】
上記高分子電解質の製造方法としては、公知の方法があげられ、例えば特開２００５−１２６６８４号公報、特開２００５−１３９４３２号公報および特開２００７−１７７１９７号公報に記載の製造方法等に基づいて製造することができる。
【００５２】
＜成分（Ｂ）＞
成分（Ｂ）は、上述のとおりＮ-ヒドロキシイミド構造を有する繰り返し単位を含む高分子化合物である。Ｎ-ヒドロキシイミド構造とは、下記一般式（１２）
2009242790.tif 000022
（式中、＊は結合手を示す。）の構造を指す。
【００５３】
成分（Ｂ）は、高分子化合物であり、本発明において、高分子化合物とは、還元粘度が３０ｍｌ／ｇ以上の化合物をいう。本発明の高分子電解質組成物からなる高分子電解質膜の強度を向上させる観点から、還元粘度が５０ｍｌ／ｇ以上であることが好ましい。また、該高分子電解質膜を成膜する際、溶媒に対する溶解性を高める観点から、還元粘度が５００ｍｌ／ｇ以下であることが好ましく、４５０ｍｌ／ｇ以下であることがより好ましい。該粘度は、１００ｍｌのジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）中に試料を１ｇ溶解させた後、４０℃でウベロード型粘度管を使用して測定した値を意味する。
【００５４】
成分（Ｂ）としては、好ましくは、下記一般式（５）
2009242790.tif 000023
（式中、Ｑは−ＣＲcＲd−で示される基、−Ｏ−で示される基または−Ｓ−で示される基を表し、ｊは０〜２の整数を表す。ｊ＝０の場合、単結合を示す。ｊ＝２の場合、２個存在するＱは同一であっても、異なっていてもよい。Ｒ1〜Ｒ4、ＲcおよびＲdは、互いに独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数１〜１０のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜１０のアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素数５〜８のシクロアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数６〜１８のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数６〜１８のアリールオキシ基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアシル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、アミノ基またはシアノ基を表す。但し、ｊ＝０の場合、Ｒ1〜Ｒ4の全てが、ｊ＝１または２の場合、Ｒ1〜Ｒ4、ＲcおよびＲdの全てが、ニトロ基および／またはシアノ基である場合を除く。Ｒ1〜Ｒ4、ＲcおよびＲdから選ばれる２個以上からなる任意の組合せで結合することにより、置換基を有していてもよい芳香族環または置換基を有していてもよい非芳香族の環を形成してもよい。）で示される環状化合物から、少なくとも１個の水素原子（但し、Ｎ-ヒドロキシイミド構造中に存在するヒドロキシル基の水素原子を除く）を除いた残基を有する繰り返し単位を含む。
【００５５】
上記炭素数１〜１０のアルキル基、上記炭素数１〜１０のアルコキシ基、上記炭素数５〜８のシクロアルキル基、上記炭素数６〜１８のアリール基、上記炭素数６〜１８のアリールオキシ基、上記炭素数１〜２０のアシル基としては、上述のものがあげられる。
【００５６】
また、上記アルキル基、アルコキシ基、シクロアルキル基、アリール基、アリールオキシ基、および、アシル基は、互いに独立に、置換基を有してもよく、該置換基としては、上述のものがあげられる。
【００５７】
上記Ｒ1〜Ｒ4、ＲcおよびＲdが任意の組合せで形成する芳香族環としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環などがあげられ、好ましくは、ベンゼン環である。または非芳香族環としては、上述のものがあげられる。該芳香族環および非芳香族環は置換基を有していてもよく、該置換基としては、上述の置換基があげられる。
【００５８】
成分（Ｂ）としては、好ましくは、下記一般式（６）
2009242790.tif 000024
（式中、Ｑは−ＣＲcＲd−で示される基、−Ｏ−で示される基または−Ｓ−で示される基を表し、ｊは０〜２の整数を表す。ｊ＝０の場合、単結合を示す。ｊ＝２の場合、２個存在するＱは同一であっても、異なっていてもよい。Ｒ1、Ｒ3、ＲcおよびＲdは、互いに独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数１〜１０のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜１０のアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素数５〜８のシクロアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数６〜１８のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数６〜１８のアリールオキシ基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアシル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、アミノ基またはシアノ基を表す。Ｒ1、Ｒ3、ＲcおよびＲdから選ばれる２個以上からなる任意の組合せで結合することにより、置換基を有していてもよい芳香族環または置換基を有していてもよい非芳香族の環を形成してもよい。）で示される繰り返し単位を含む。
【００５９】
上記アルキル基、アルコキシ基、シクロアルキル基、アリール基、アリールオキシ基、アシル基、芳香族環、非芳香族環としては、上述のものがあげられる。また、その置換基に関しても、上述のものがあげられる。
【００６０】
一般式（５）および（６）におけるｊは０〜２の整数を表す。成分（Ｂ）が有するＮ−ヒドロキシイミド構造の加水分解に対する耐性を向上させる観点から、ｊ＝０であることが好ましく、一般式（５）において、ｊ＝０である場合、下記一般式（７）
2009242790.tif 000025
（Ｒ1〜Ｒ4は、前記一般式（５）のものと同じである。但し、Ｒ1〜Ｒ4の全てが、ニトロ基および／またはシアノ基である場合を除く。）で示される。
【００６１】
また、一般式（６）において、ｊ＝０である場合、下記一般式（８）
2009242790.tif 000026
（Ｒ1、Ｒ3は、前記一般式（６）のものと同じである。）で示される。
【００６２】
一般式（５）で表される環状化合物の具体例としては、Ｎ−ヒドロキシコハク酸イミド、Ｎ−ヒドロキシマレイン酸イミド、Ｎ−ヒドロキシフタル酸イミド、Ｎ−ヒドロキシヘキサヒドロフタル酸イミド、Ｎ−ヒドロキシハイミック酸イミド、Ｎ−ヒドロキシトリメリット酸イミド、Ｎ−ヒドロキシグルタル酸イミド、Ｎ−ヒドロキシ−１，８−ナフタレンジカルボン酸イミド、Ｎ−ヒドロキシ−シクロペンタン−１，２−ジカルボン酸イミド、Ｎ−ヒドロキシ−１，８−デカリンジカルボン酸イミドなどが示される。これらの中でも、一般式（７）で表される、Ｎ−ヒドロキシコハク酸イミド、Ｎ−ヒドロキシマレイン酸イミド、Ｎ−ヒドロキシフタル酸イミド、Ｎ−ヒドロキシヘキサヒドロフタル酸イミド、Ｎ−ヒドロキシハイミック酸イミド、Ｎ−ヒドロキシトリメリット酸イミド、Ｎ−ヒドロキシ−シクロペンタン−１，２−ジカルボン酸イミドなどが好ましい。
【００６３】
一般式（６）で示される繰り返し単位の具体例としては、一般式（６）で示されるものとなるように、上述の一般式（５）の具体例にあげた化合物から２個の水素原子を取り除いたものがあげられる。一般式（６）の中でも、一般式（８）で表されるものが好ましく、一般式（８）で示される繰り返し単位の具体例としては、同様に、一般式（８）で示されるものとなるように、上述の一般式（７）の具体例にあげた化合物から２個の水素原子を取り除いたものがあげられる。これらの中でも、好ましくは、下記のものがあげられる。
【００６４】
2009242790.tif 000027
【００６５】
成分（Ｂ）としてＮ−ヒドロキシイミド構造を有する繰り返し単位のみからなる単独重合体でもよいが、Ｎ−ヒドロキシイミド構造は親水的であるため、Ｎ−ヒドロキシイミド構造を有さない疎水性の繰り返し単位を導入し、成分（Ｂ）の親水性を制御することが好ましい。このような観点から、成分（Ｂ）としてはＮ-ヒドロキシイミド構造を有する繰り返し単位とＮ-ヒドロキシイミド構造を有さない繰り返し単位とを含むことが好ましい。
【００６６】
Ｎ-ヒドロキシイミド構造を有さない繰り返し単位として、下記一般式（９）および（１０）
2009242790.tif 000028
（式中、Ｒ5〜Ｒ8は、互いに独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜１０のアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素数５〜８のシクロアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数６〜１８のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数６〜１８のアリールオキシ基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアシル基、ヒドロキシル基、カルボニル基、カルボキシル基、ニトロ基、アミノ基またはシアノ基を表す。Ａｒ21は、置換基を有していてもよいアリーレン基を表す。）から選ばれる繰り返し単位１種以上を含むことが好ましい。
【００６７】
上記アルキル基、アルコキシ基、シクロアルキル基、アリール基、アリールオキシ基、アシル基、芳香族環、非芳香族環としては、上述のものがあげられる。また、その置換基に関しても、上述のものがあげられる。
【００６８】
上記一般式（９）で示されるＮ-ヒドロキシイミド構造を有さない繰り返し単位としては、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチル、ポリ（メチルビニルエーテル）、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル等を構成する繰り返し単位があげられ、好ましくはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンを構成する繰り返し単位である。
【００６９】
上記一般式（１０）で示されるＮ-ヒドロキシイミド構造を有さない繰り返し単位としては、Ａｒ21で表され、置換基を有してもよいアリーレン基であり、該アリーレン基としては、例えば、上述のものがあげられる。また、該置換基としては、上記の置換基があげられる。
【００７０】
Ｎ-ヒドロキシイミド構造を有する繰り返し単位とＮ-ヒドロキシイミド構造を有さない繰り返し単位との重量組成比としては、１００：０〜１０：９０であることが好ましく、９０：１０〜３０：７０であることがより好ましい。
【００７１】
成分（Ｂ）としては、Ｎ-ヒドロキシイミド構造を有する繰り返し単位の単独重合体、Ｎ-ヒドロキシイミド構造を有する繰り返し単位とＮ-ヒドロキシイミド構造を有さない繰り返し単位との交互共重合体、ランダム共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体、或いはこれらの組合せなどがあげられる。好ましくは、Ｎ−ヒドロキシイミド構造を重合体中に均一に分布させる観点から、Ｎ-ヒドロキシイミド構造を有する繰り返し単位とＮ-ヒドロキシイミド構造を有さない繰り返し単位との交互共重合体であることが好ましい。
【００７２】
上記Ｎ-ヒドロキシイミド構造を有する繰り返し単位とＮ-ヒドロキシイミド構造を有さない繰り返し単位との交互共重合体としては、該交互共重合体の化学的安定性を高める観点から、好ましくは、一般式（６）と一般式（９）との交互共重合体、一般式（８）と一般式（９）との交互共重合体があげられ、より好ましくは、成分（Ｂ）が有するＮ−ヒドロキシイミド構造の加水分解に対する耐性を向上させる観点から、一般式（８）と一般式（９）との交互共重合体である。
【００７３】
具体的に、好適な成分（Ｂ）を例示すると、下記のものがあげられる。
2009242790.tif 000029
【００７４】
成分（Ｂ）の製造方法としては、公知の方法が用いられるが、例えば、特開平１０−２１３９１２号公報および特開平９−１２０１６２号公報に準拠し、適宜単量体を用いて、重合を行い、酸無水物を含む高分子化合物を得る。該重合を行なう方法としては、ラジカル共重合、配位重合、並びに、山本重合および鈴木重合等の脱ハロゲンカップリング重合から選ばれる重合方法を用いることができる。得られた酸無水物を含む高分子化合物は、特開２００２−０４７２７０号公報に準拠し、ヒドロキシルアミン等で酸無水物をイミド化させることにより、成分（Ｂ）が得られる。また、市販の酸無水物を含む高分子化合物を、ヒドロキシルアミン等でイミド化させることにより、成分（Ｂ）を得ることもできる。
【００７５】
＜高分子電解質膜＞
次に、本発明の高分子電解質組成物から高分子電解質膜を製膜する方法を説明する。この製膜方法としては、溶液状態より製膜する方法（いわゆる溶液キャスト法）が特に好ましく使用される。
具体的に説明すると、成分（Ａ）と成分（Ｂ）とを、必要に応じて高分子電解質以外の高分子、添加剤等の他の成分と共に適当な溶媒に溶解して高分子電解質溶液を得、該高分子電解質溶液を、ガラス基板、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム等の支持基材上に流延塗布（キャスト製膜）し、溶媒を除去することにより支持基材上に高分子電解質膜を製膜し、その後、該支持基材を剥離等によって除去することで、高分子電解質膜を製造する。
なお、前記添加剤としては、通常の高分子に使用される可塑剤、安定剤、離型剤等や、保水剤として添加される、無機あるいは有機の微粒子があげられる。
【００７６】
高分子電解質組成物において、成分（Ａ）と成分（Ｂ）との配合量としては、ラジカル耐性を向上させる観点から、成分（Ａ）１００重量部に対して、前記成分（Ｂ）が０．１重量部以上であることが好ましく、０．５重量部以上であることがより好ましい。また、イオン伝導度を高める観点から、成分（Ａ）１００重量部に対して、前記成分（Ｂ）が２５重量部以下であることが好ましく、２０重量部以下であることがより好ましい。
【００７７】
製膜に用いる溶媒は、成分（Ａ）、成分（Ｂ）および必要に応じて添加される他の成分が溶解可能であり、その後に除去し得るものであるならば特に制限はなく、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）等の非プロトン性極性溶媒、あるいはジクロロメタン、クロロホルム、１，２−ジクロロエタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等の塩素系溶媒、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等のアルキレングリコールモノアルキルエーテルが好適に用いられる。これらは単独で用いることもできるが、必要に応じて２種以上の溶媒を混合して用いることもできる。中でも、ＤＭＳＯ、ＤＭＦ、ＤＭＡｃ、ＮＭＰ等が高分子電解質の溶解性が高いので、好ましく使用される。
【００７８】
得られた高分子電解質膜の厚みは、特に制限されるものではないが、実用的には１０〜３００μｍが好ましい。膜厚が１０μｍ以上の膜では実用的な強度がより優れるため好ましく、３００μｍ以下の膜では膜抵抗自体が小さくなる傾向があるので好ましい。膜厚は、溶液の濃度および基板上への塗布厚により制御できる。
【００７９】
本発明の高分子電解質組成物から得られる高分子電解質膜は、イオン交換基を有するブロックの密度が高い相（以下、「親水性ブロック相」と呼ぶことがある。）と、イオン交換基を実質的に有さないブロックの密度が高い相（以下、「疎水性ブロック相」と呼ぶことがある。）とを含む、ミクロ相分離構造を有するものが好ましい。このようなミクロ相分離構造の高分子電解質膜は、極めて優れたイオン伝導性と、成分（Ｂ）の作用により良好なラジカル耐性が発現して、燃料電池の長期安定性を達成できる。本発明者らが検討した結果、このようなミクロ相分離構造において、燃料電池の作動によって発生する過酸化物やラジカルは、主として親水性ブロック相を構成するイオン交換基を有するブロックを劣化させて、結果として高分子電解質膜自身の経時劣化を生じさせることが判明した。本発明の高分子電解質組成物は、高分子電解質膜のラジカル耐性、特に親水性ブロック相のラジカル耐性を著しく向上させることができる。その理由は、必ずしも定かではないが、本発明者らは次のように推定している。すなわち、高分子分野でこれまで周知であった酸化防止剤は、その親水性が極めて低いものであり、親水性ブロック相に対する劣化を抑制する効率は低い。これに対して、本発明に適用する成分（Ｂ）は、比較的親水性に優れるため、親水性ブロック相に作用し易いと予想される。このため高分子電解質膜の親水性ブロック相を中心に優れたラジカル耐性を発現させることができ、膜の耐久性を大きく向上させているものと推測できる。
【００８０】
前記ミクロ相分離構造は、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で見た場合に、親水性ブロック相（ミクロドメイン）と、疎水性ブロック相（ミクロドメイン）とが混在し、各ミクロドメイン構造のドメイン幅すなわち恒等周期が数ｎｍ〜数１００ｎｍであるような構造を指す。好ましくは５ｎｍ〜１００ｎｍのミクロドメイン構造を有するものが好ましい。なお、ＴＥＭによる分析手段によれば、高分子電解質膜がミクロ相分離構造を有していることが容易に確認できるので、このようなミクロ相分離構造が発現するようにして、成分（Ａ）と成分（Ｂ）との配合量を最適化することもできる。
【００８１】
また、本発明の高分子電解質組成物からなる高分子電解質膜の強度や柔軟性、耐久性のさらなる向上のために、該高分子電解質組成物を多孔質基材に含浸させ複合化することにより、複合膜とすることも可能である。複合化方法は公知の方法を使用し得る。
多孔質基材としては、上述の使用目的を満たすものであれば特に制限は無く、例えば多孔質膜、織布、不織布、フィブリル等があげられ、その形状や材質によらず用いることができる。多孔質基材の材質としては、耐熱性の観点や、物理的強度の補強効果を考慮すると、脂肪族系高分子、芳香族系高分子、または含フッ素高分子が好ましい。
複合膜を得る場合、多孔質基材の膜厚は、好ましくは１〜１００μｍ、さらに好ましくは３〜３０μｍ、特に好ましくは５〜２０μｍであり、多孔質基材の孔径は、好ましくは０．０１〜１００μｍ、さらに好ましくは０．０２〜１０μｍであり、多孔質基材の空隙率は、好ましくは２０〜９８％、さらに好ましくは４０〜９５％である。
多孔質基材の膜厚が１μｍ以上であると、複合化後の強度補強の効果あるいは、柔軟性や耐久性を付与するといった補強効果がより優れ、ガス漏れ（クロスリーク）が発生しにくくなる。また、該膜厚が１００μｍ以下であると、電気抵抗がより低くなり、得られた複合膜が固体高分子型燃料電池のイオン伝導膜として、より優れたものとなる。該孔径が０．０１μｍ以上であると、本発明の共重合体の充填がより容易となり、１００μｍ以下であると、共重合体への補強効果がより大きくなる。空隙率が２０％以上であると、イオン伝導性の抵抗がより小さくなり、９８％以下であると、多孔質基材自体の強度がより大きくなり補強効果がより向上するので好ましい。
また、かかる複合膜の場合は、ＴＥＭによる分析手段において、高分子電解質膜が形成されている部分を観察して、前記ミクロ相分離構造が形成されていることを確認すればよい。
【００８２】
＜燃料電池＞
次に本発明の高分子電解質組成物を用いてなる燃料電池について説明する。
本発明の燃料電池は、本発明の高分子電解質組成物からなる高分子電解質膜（または複合膜）の両面に、触媒および集電体としての導電性物質を接合することにより製造することができる。
ここで触媒としては、水素または酸素との酸化還元反応を活性化できるものであれば特に制限はなく、公知のものを用いることができるが、白金または白金系合金の微粒子を触媒成分として用いることが好ましい。白金または白金系合金の微粒子はしばしば活性炭や黒鉛などの粒子状または繊維状のカーボンに担持されて用いられることもある。
また、カーボンに担持された白金または白金系合金を、パーフルオロアルキルスルホン酸樹脂の溶剤と共に混合してペースト化したもの（触媒インク）を、ガス拡散層に塗布・乾燥することにより、ガス拡散層と積層一体化した触媒層が得られる。得られた触媒層を、高分子電解質膜に接合させるようにすれば、燃料電池用の膜−電極接合体を得ることができる。具体的な方法としては例えば、Ｊ．  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．  Ｓｏｃ．：  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  １９８８，  １３５（９），  ２２０９  に記載されている方法等の公知の方法を用いることができる。また、触媒インクを、高分子電解質膜または高分子電解質複合膜に塗布・乾燥して、この膜の表面上に、直接触媒層を形成させても、燃料電池用の膜−電極接合体を得ることができる。
ここで、触媒層に使用する高分子電解質として、前記のパーフルオロアルキルスルホン酸樹脂の代わりに、本発明の高分子電解質組成物を用い、触媒組成物とすることもできる。この触媒組成物を用いて得られる触媒層は、前記の高分子電解質膜と同様に、高度のイオン伝導度を有しながらも、良好なラジカル耐性を発現できるため、触媒層として好適である。
集電体としての導電性物質に関しても公知の材料を用いることができるが、多孔質性のカーボン織布、カーボン不織布またはカーボンペーパーが、原料ガスを触媒へ効率的に輸送するために好ましい。
このようにして製造された本発明の燃料電池は、燃料として水素ガス、改質水素ガス、メタノールを用いる各種の形式で使用可能である。
【００８３】
かくして得られる燃料電池は、発電性能に優れ、長寿命の燃料電池となるので、工業的に極めて有用である。
【実施例】
【００８４】
以下に実施例をあげて本発明を説明するが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。
【００８５】
本発明の実施例に移る前に、試料の諸物性の測定方法、各製造例を以下に説明する。
【００８６】
［ＦＴ−ＩＲ測定］
ＦＴ−ＩＲ（日本分光社製、ＦＴ/ＩＲ−４６０  Ｐｌuｓ）により、常温常圧下で試料のＩＲスペクトルを測定した。
【００８７】
［イミド基導入率（単位：モル％）］
一般的な元素分析手法により真空乾燥させた試料を３．０(ｍｇ)秤量し、 試料のＣ（炭素）、Ｎ（窒素）、Ｈ（水素）の３つの元素の組成比を測定した。Ｎ（窒素）の組成比より、化学量論計算から、イミド基の導入率を計算した。
（分析条件）
測定装置：ｖａｒｉｏ ＥＬ  (エレメンタール社製)
燃焼管温度：９５０ oＣ
還元管温度：５００ oＣ
キャリアーガス：ヘリウム  （２００ｍｌ/min）
燃焼ガスフィルター温度：２８０ oＣ
【００８８】
［還元粘度（単位：ｍｌ／ｇ）］
下記の条件下で試料の還元粘度を測定した。還元粘度は、試料を溶媒に溶解した溶液および該溶媒のみそれぞれが、毛細管内を重力方向に自然落下するのに要する時間(s)を計測して、下記計算式に測定値を導入して求めた。
（計算式）
相対粘度  ＝  試料を溶媒に溶解した溶液の落下時間(s)／溶媒のみの落下時間(s)
比粘度  ＝  相対粘度−１
還元粘度（ｍｌ／ｇ）  ＝  比粘度／溶液濃度(ｇ／ｍｌ)
（分析条件）
測定装置：自動粘度測定装置（ＳＨＯＴＴ  ＧＥＲＡＴＥ製  ＡＶＳ−３５０型）
恒温槽：粘度測定ユニサーモバス（ＴＨＯＭＡＳ  ＫＡＧＡＫＵ  ＣＯ．,ＬＴＤ製）
粘度管：ウベロード型（キャピラリー内径  ０．５３ｍｍ）
使用条件：温度＝４０℃、濃度＝０．０１(ｇ／ｍｌ)、溶媒＝ＤＭＳＯ 
ポンプ圧：０．０４〜０．１０（bar）、自動安定化
【００８９】
［分子量（Ｍｎ、Ｍｗ）の測定］
ゲルパーミエイションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）法により、下記の分析条件でポリスチレン換算の数平均分子量（Ｍｎ）、重量平均分子量（Ｍｗ）を測定した。
【００９０】
測定装置        ：ＣＴＯ−１０Ａ  （株式会社島津製作所製）
カラム          ：ＴＳＫ−ｇｅｌ  ＧＭＨＨＲ−Ｍ  （東ソー株式会社製）
カラム温度      ：４０℃
移動相溶媒      ：ジメチルアセトアミド
（臭化リチウムを１０ｍｍｏｌ／ｄｍ3になるように添加）
移動相流量      ：０．５ｍｌ／ｍｉｎ
検出            ：フォトダイオードアレイ紫外線吸収  ３００ｎｍ
【００９１】
[イオン交換容量（ＩＥＣ）の測定]
滴定法により、得られた高分子電解質のイオン交換容量（ＩＥＣ）を測定した。ハロゲン水分率計（ＭＥＴＴＬＥＲ  ＴＯＬＥＤＯ製  ＨＲ７３型）を用い、１１０℃で乾燥させて、プロトン型に変換された高分子電解質の絶乾重量を求めた。その後、この高分子電解質膜を０．１ｍｏｌ／Ｌ水酸化ナトリウム水溶液５.０ｍｌに浸漬し、更に１５０ｍｌのイオン交換水を加え、２時間攪拌した。攪拌後、電位差自動滴定装置（京都電子工業製  ＡＴ−５１０型）を用いて、この高分子電解質が浸漬された溶液に０．１ｍｏｌ／Ｌの塩酸を徐々に加えることで滴定を行い、中和点を求めた。そして、高分子電解質膜の絶乾重量と上記の中和に要した塩酸の量から、高分子電解質膜のイオン交換容量（ＩＥＣ）を算出した。
【００９２】
製造例１  ［Ｎ−ヒドロキシイミド構造を有する繰り返し単位を含む高分子化合物］
下記構造式（１３）で示されるＮ−ヒドロキシイミド構造を有する繰り返し単位を含む高分子化合物{Poly-(ethylene-alt-N-hydroxy-maleic imide)}（以下、ＰＥＮＩと略記することがある。）を以下の手順で合成した。
2009242790.tif 000030
室温にてPoly(ethylene-alt-maleic anhydride)１０．０ｇ（Aldrich社製［繰り返し単位として７８．０ｍｍｏｌに相当］）と、脱水ＤＭＦ９４．４ｇとを混合して、８０℃に昇温して、溶解した。これに、脱水ピリジン６１．７ｇにヒドロキシルアミン・塩酸塩１０．８５ｇ（１５６．０ｍｍｏｌ）を溶解した溶液を滴下した。その後、８０℃で、攪拌した。続いて、再沈、ろ過、洗浄、真空乾燥を行い、反応物を得た。
【００９３】
（反応物の分析結果）
ＦＴ−ＩＲチャートより、原料であるPoly(ethylene-alt-maleic anhydride)のＣＯ吸収ピーク[1800, 1830(cm-1)]が、反応物ではＣＯ吸収シングルピーク[1680(cm-1)]にシフトしており、ＰＥＮＩの生成が確認された。また、該反応物のイミド基導入率は９５モル％であった。還元粘度は１７８．４ｍｌ／ｇであり、高分子化合物であることを確認した。以降、該反応物を高分子化合物Ａと呼称する。
【００９４】
製造例２  ［高分子電解質（ベースポリマー）の製造］
特開２００７−２８４６５３号公報実施例７、実施例２１記載の方法に基づいて、スミカエクセルＰＥＳ５２００Ｐ（住友化学株式会社製）を用いて、下記構造式（１４）
2009242790.tif 000031
で示される繰り返し単位からなる、スルホン酸基を有するブロックと、下記構造式（１５）
2009242790.tif 000032
で示される、イオン交換基を有さないブロックとを有する高分子電解質Ｂ（イオン交換容量＝２．５ｍｅｑ／ｇ、Ｍｗ＝３４０×１０3、Ｍｎ＝１６０×１０3（上述の測定方法を用いて、測定した。））を合成した。
【００９５】
実施例１［高分子電解質膜１の製造］
高分子化合物Ａと、高分子電解質Ｂとを、ジメチルスルホキシドに合計約８．５重量％の濃度（高分子電解質Ｂ／高分子化合物Ａの重量比＝９０重量％／１０重量％）になるように溶解させて、高分子電解質溶液を調製した。次いで、この高分子電解質溶液をＰＥＴ基材上に均一に塗り広げた。塗布後、高分子電解質溶液を８０℃で常圧乾燥した。得られた膜を２Ｎ硫酸に浸漬、洗浄した後、イオン交換水で洗浄し、さらに常温乾燥した後、ＰＥＴ基材から剥離することで高分子電解質膜１（膜厚１９μｍ）を得た。
【００９６】
製造例３  ［高分子電解質膜２の製造］
高分子電解質Ｂと、下記構造式（１６）で示される低分子であるＮ−ヒドロキシフタルイミド（以下、ＮＨＰＩと略記することがある）(還元粘度値＝２．２ｍｌ／ｇ)（Aldrich社製）とを、ジメチルスルホキシドに合計約８．５重量％の濃度（高分子電解質Ｂ／ＮＨＰＩの重量比＝９６重量％／４重量％になるように溶解させて、高分子電解質溶液を調製した。それ以外は、実施例１と同様の方法にて高分子電解質膜２（膜厚２０μｍ）を得た。
2009242790.tif 000033
【００９７】
製造例４［高分子電解質膜３の製造］
製造例２に記載の方法に従って合成した高分子電解質ＢにＮ−ヒドロキシイミド構造を有する高分子を混合せずに、ジメチルスルホキシドに約８．５重量％の濃度になるように溶解させて、高分子電解質溶液を調製した以外、実施例１と同じ方法にて高分子電解質膜３（膜厚２０μｍ）を得た。
【００９８】
製造例５  ［Ｎ−ヒドロキシイミド構造を有する繰り返し単位を含む高分子化合物］
下記構造式（１７）で示されるＮ−ヒドロキシイミド構造を有する高分子化合物Ｃ（以下、ＣＰＮＩと略記することがある。）を以下の手順で合成した。
2009242790.tif 000034
【００９９】
製造例５−１［Ｎ−ベンジルオキシ−５−ノルボルネン−２，３−ジカルボキシイミド（１７−ｂ）の製造方法］
2009242790.tif 000035
室温にてＮ−ヒドロキシ−５−ノルボルネン−２，３−ジカルボキシイミド（１７−ａ、上記式にて示す）１７．９ｇをＤＭＳＯ１００ｍｌに溶解し、これに、Ｋ２ＣＯ３４１．５ｇを添加した。０℃まで冷却後、ベンジルブロマイド１２．５ｍｌを添加し、室温まで徐々に昇温し終夜撹拌した。反応マスに水を３００ｍｌ添加し、酢酸エチル１００ｍｌで３回抽出後、得られた有機層を水１００ｍｌで２回、飽和食塩水１００ｍｌで１回洗浄した。その後、有機層をＭｇＳＯ４で乾燥した後、濃縮した。得られた粗生成物を酢酸エチルで再結晶することで、Ｎ−ベンジルオキシ−５−ノルボルネン−２，３−ジカルボキシイミド（１７−ｂ、上記式にて示す）を２３．０ｇ得た。収率８６モル％。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３、δｐｐｍ）：７．４８（ｍ、２Ｈ）、７．３８（ｍ、３Ｈ）、６．００（ｄｄ、２Ｈ）、５．００（ｓ、２Ｈ）、３．３９（ｍ、２Ｈ）、３．１５（ｍ、２Ｈ）、１．７３（ｄ、１Ｈ）、１．４７（ｄ、１Ｈ）
【０１００】
製造例５−２［Ｎ−ベンジルオキシ−５−ノルボルネン−２，３−ジカルボキシイミド重合体（１７−ｃ）の製造方法］
2009242790.tif 000036
製造例５−１で得られたＮ−ベンジルオキシ−５−ノルボルネン−２，３−ジカルボキシイミド（１７−ｂ、上記式にて示す）１．６２ｇ、ｃｉｓ−２−ブテン−１，４−ジオール  ジアセタート５μＬをクロロホルム１０ｍｌに溶解し５０℃に昇温した。これに、１，３−ビス−（２，４，６−トリメチルフェニル）−２−（イミダゾリジニリデン）（ジクロロフェニルメチレン）（トリシクロヘキシルホスフィン）ルテニウム１０．２ｍｇをクロロホルム２ｍｌに溶解した溶液を添加した。５０℃で３時間撹拌後、反応マスにエチルビニルエーテル１ｍｌを添加した。この溶液を、０℃に冷却したメタノール３００ｍｌに滴下した。析出したポリマーを濾過、メタノールで洗浄した後、真空下８０℃で乾燥することで、Ｎ−ベンジルオキシ−５−ノルボルネン−２，３−ジカルボキシイミド重合体（１７−ｃ、上記式にて示す）を１．５７ｇ得た。収率９７モル％。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ６、δｐｐｍ）：７．２０−７．５０（ｍ、５Ｈ相当）、４．９０−５．４０（ｍ、４Ｈ相当）、３．００−３．３０（ｍ、２Ｈ相当）、２．６０−２．９５（ｍ、２Ｈ相当）、１．４０−１．７０（ｍ、１Ｈ相当）、０．６０−１．２０（ｍ、１Ｈ相当）
【０１０１】
製造例５−３［高分子化合物Ｃ：Ｎ−ヒドロキシイミド構造を有する繰り返し単位を含む高分子化合物（１７）の製造方法］
2009242790.tif 000037
製造例５−２で得られたＮ−ベンジルオキシ−５−ノルボルネン−２，３−ジカルボキシイミド重合体（１７−ｃ、上記式にて示す）０．５ｇ、５重量％パラジウム／ＣａＣＯ３（Ｓｔｒｅｍ社製）０．５ｇ、ＤＭＦ１０ｍｌを１００ｃｃのオートクレーブに仕込み、水素圧３ＭＰａ、６０℃で１０時間、その後室温で１４時間反応させた。脱圧後、セライト濾過を行い溶媒を半分量ほど濃縮した後、０℃に冷却したメタノール２５０ｍｌに滴下した。析出したポリマーを濾過、真空下８０℃で乾燥することでＮ−ヒドロキシイミド構造を有する繰り返し単位を含む高分子化合物（１７、上記式に示す）を０．２５ｇ得た。収率７５モル％。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ６、δｐｐｍ）：３．００−３．２０（ｍ、２Ｈ相当）、１．５０−２．３０（ｍ、４Ｈ相当）、１．１０−１．５０（ｍ、２Ｈ相当）、０．５０−０．８０（ｍ、１Ｈ相当）
【０１０２】
実施例３［高分子電解質膜４の製造］
高分子電解質Ｂと高分子化合物Ｃとを、ジメチルスルホキシドに合計約８．５重量％の濃度（高分子電解質Ｂ／高分子化合物Ｃの重量比＝９５重量％／５重量％）になるように溶解させて、高分子電解質溶液を調製した。次いで、この高分子電解質溶液をＰＥＴ基材上に均一に塗り広げた。塗布後、高分子電解質溶液を８０℃で常圧乾燥した。得られた膜を２Ｎ硫酸に浸漬、洗浄した後、イオン交換水で洗浄し、さらに常温乾燥した後、ＰＥＴ基材から剥離することで高分子電解質膜４（膜厚２１μｍ）を得た。
【０１０３】
（触媒インクの作製）
５重量％ナフィオン溶液（溶媒：水と低級アルコールの混合物、Aldrich社製）６ｍｌに５０重量％白金が担持された白金担持カーボン（ＳＡ５０ＢＫ、エヌ・イー・ケムキャット製）を０．８３ｇ投入し、さらにエタノールを１３．２ｍｌ加えた。得られた混合物を超音波処理したのち、攪拌し、触媒インクを得た。
【０１０４】
（膜−電極接合体の作製）
前記で作製した高分子電解質膜１〜３それぞれについて片面の中央部における５．２ｃｍ角の領域に、大型パルススプレイ触媒形成装置（ノードソン社製、スプレイガン型式：ＮＣＧ−ＦＣ（ＣＴ））を用いて、前記の触媒インクを塗布した。同様にして８回の重ね塗りをした後、ステージ上に放置し、溶媒を除去してアノード側触媒層を形成させた。形成されたアノード側触媒層の組成と塗工した重量から算出したところ、アノード側触媒層の白金量は０．６０ｍｇ／ｃｍ2であった。続いて、もう一方の面にも触媒インクの塗工量を変えた以外はアノード側触媒層と同様にして触媒インクを塗布して、白金量０．６０ｍｇ／ｃｍ2のカソード側触媒層を形成し、膜−電極接合体を得た。
【０１０５】
（燃料電池セルの組み立て）
市販のＪＡＲＩ標準セル（日本自動車研究所製）を用いて燃料電池セルを製造した。すなわち、前記で得られた膜−電極接合体の両外側に、ガス拡散層としてカーボンクロスと、ガス通路用の溝を切削加工したカーボン製セパレータを配し、さらにその外側に集電体およびエンドプレートを順に配置し、これらをボルトで締め付けることによって、有効膜面積２５ｃｍ2の燃料電池セルを組み立てた。
【０１０６】
燃料電池セルの特性評価
燃料電池セルの特性を評価するため、負荷変動試験前後の電圧維持率および親水部Ｍｗ（重量平均分子量）維持率を測定した。以下に、燃料電池セルのその方法に関して説明する。
【０１０７】
［燃料電池セルの負荷変動試験］
得られた燃料電池セルを９５℃に保ちながら、低加湿状態の水素（７０ｍｌ／分、背圧０．１ＭＰａＧ）と空気（１７４ｍｌ／分、背圧０．０５ＭＰａＧ）をセルに導入し、開回路と一定電流での負荷変動試験を行った。この条件で燃料電池セルを２００時間作動させた。
【０１０８】
［電圧維持率（単位：％）］
燃料電池セルを８０℃に保ちながら、アノード側に低加湿状態の４５oＣの水素（５２９ｍｌ／分、背圧０．１ＭＰａＧ）、カソード側に５５oＣの低加湿状態の空気（１６６５ｍｌ／分、０．１ＭＰａＧ）をそれぞれ供給した。この条件下、負荷変動試験前後の燃料電池セルの電流密度が１．０Ａ/ｃｍ2となるときの電圧の値（ｍＶ）を測定した。得られた電圧から、電圧維持率（％：試験後の電圧／試験前の電圧×１００）を計算した。
【０１０９】
［親水部Ｍｗ（重量平均分子量）維持率（単位：％）］
各燃料電池セルから、それぞれ膜−電極接合体を取り出してエタノール／水の混合溶液に投入し、これに超音波処理を施して触媒層を取り除いた。次いで、触媒層が取り除かれた高分子電解質膜に対して、アミン分解処理を行い、高分子電解質の親水部が溶解した溶液を得た。すなわち、高分子電解質膜４ｍｇを切り取り、これに、テトラメチルアンモニウム水酸化物の２５％メタノール溶液１０μＬを加え、１００℃で２時間反応させた。放冷後、得られた溶液中に含まれる高分子電解質の親水部（イオン交換基を有するブロック）の重量平均分子量を測定した。なお、重量平均分子量の測定にはサイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）を用いた。負荷変動試験前後の高分子電解質膜の親水部における重量平均分子量を測定して、親水部における重量平均分子量維持率（％：試験後の重量平均分子量／試験前の重量平均分子量×１００）を計算した。この維持率が高いほど、高分子電解質膜の劣化度合が小さいことを意味する。なお、ＳＥＣの分析条件は下記の通りである。
[ＳＥＣ分析条件]
カラム          ：ＴＳＫ−ＧＥＬ  ＧＭＨＨＲ−Ｍ  （東ソー株式会社製）
カラム温度      ：４０℃
移動相溶媒      ：ジメチルホルムアミド
（臭化リチウムを１０ｍｍｏｌ／ｄｍ3になるように添加）
溶媒流量        ：０．５ｍｌ／ｍｉｎ
検出            ：示差屈折率
分子量標準試料  ：ポリスチレン
【０１１０】
実施例２
高分子電解質膜１を用いて製造した燃料電池セルの特性評価を行った。電圧維持率および親水部における重量平均分子量維持率を表１に示す。
【０１１１】
実施例４
高分子電解質膜４を用いて製造した燃料電池セルの特性評価を行った。電圧維持率および親水部における重量平均分子量維持率を表１に示す。
【０１１２】
比較例１
高分子電解質膜２を用いて製造した燃料電池セルの特性評価を行った。実施例２と同様に評価結果を表１に示す。
【０１１３】
比較例２
高分子電解質膜３を用いて製造した燃料電池セルの特性評価を行った。実施例２と同様に評価結果を表１に示す。
【０１１４】
【表１】
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【０１１５】
製造例６［ランダム共重合体Ｄのスルホン化］
【化１】
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攪拌装置を取り付けた反応容器に、上記一般式（１８）で表されるランダム共重合体Ｄ（４，４’−ジクロロジフェニルスルホン、４，４’−ジヒドロキシジフェニルスルホン、４，４’−ビフェノールから、公知のアルカリ縮合法を用いて得られる共重合体。式中に付記した数値は、各構造単位のモル組成比を表す。Ｍｎ＝２．０×１０4、Ｍｗ＝３．８×１０4。）２５０重量部を入れ、窒素雰囲気下、濃硫酸２２９５重量部を加えて溶解した。２５℃で１２時間攪拌した。反応溶液の不均一化や、反応生成物等の析出は認められなかった。反応終了後、５℃のイオン交換水１００００重量部に注ぎ、スラリーとなったものを吸引濾過して得た沈殿を繰り返した。濾液のｐＨが７になったことを確認し、減圧乾燥し、高分子電解質Ｅを２６６重量部得た。得られた高分子電解質Ｅ（ランダム共重合体Ｄのスルホン化物）の諸物性を測定したところ、一般式（１９）で表されるスルホン酸基含有共重合体であった。イオン交換容量から、４，４’−ビフェノール由来の構造単位１個当たり、スルホン酸基が約１．９個置換していることが判明した。
【０１１６】
（高分子電解質Ｅの分析結果）
イオン交換容量      １．１５ｍｅｑ／ｇ
ＧＰＣ分析  Ｍｎ    ４．０×１０4
Ｍｗ    ７．２×１０4
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（式中「ｒａｎｄｏｍ」の表記は、複数の構造単位の共重合様式がランダム共重合体であることを意味するものである。）
【０１１７】
実施例５［高分子電解質膜５の製造］
高分子化合物Ａと、高分子電解質Ｅとを、ジメチルスルホキシドに合計約８．５重量％の濃度（高分子電解質Ｅ／高分子化合物Ａの重量比＝９５重量％／５重量％）になるように溶解させて、高分子電解質溶液を調製した以外、実施例１と同じ方法にて高分子電解質膜５（膜厚１５μｍ）を得た。
【０１１８】
比較例４［高分子電解質膜６の製造］
製造例６に記載の方法に従って合成した高分子電解質ＥにＮ−ヒドロキシイミド構造を有する高分子を混合せずに、ジメチルスルホキシドに約８．５重量％の濃度になるように溶解させて、高分子電解質溶液を調製した以外、実施例１と同じ方法にて高分子電解質膜６（膜厚１８μｍ）を得た。
【０１１９】
高分子電解質膜５、高分子電解質膜６については、成分（Ａ）として、ランダム共重合体である高分子電解質Ｅを含む。成分（Ａ）が、イオン交換基を有するブロック（浸水部）とイオン交換基を実質的に有さないブロック（疎水部）とを有する炭化水素系高分子電解質ではない場合、親水部Ｍｗ維持率を測定して耐久性を評価する上記燃料電池評価法を用いることができない。そこで、フェントン試験で評価を代用することとした。フェントン試験後の高分子電解質膜の重量維持率が高いほど、高分子電解質膜の劣化度合が小さいことを意味する。
【０１２０】
実施例６［高分子電解質膜５の化学的安定性評価］
実施例５で得られた高分子電解質膜５を、３重量％過酸化水素と鉄イオンの濃度として１ｐｐｍ（百万重量分率）の塩化第一鉄とを含む６０℃の水溶液中に浸漬し、２時間経過後の膜の重量変化を測定することにより耐ラジカル性の評価を行った。その結果、膜の試験後の重量維持率は８１重量％であった。
【０１２１】
比較例５［高分子電解質膜６の化学的安定性評価］
比較例４で得られた高分子電解質膜６を、３重量％過酸化水素と鉄イオンの濃度として１ｐｐｍ（百万重量分率）の塩化第一鉄とを含む６０℃の水溶液中に浸漬し、２時間経過後の膜の重量変化を測定することにより耐ラジカル性の評価を行った。その結果、膜の試験後の重量維持率は６６重量％であった。
【０１２２】
実施例６および比較例５のフェントン試験結果を表１に示す。
【０１２３】
【表２】
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【０１２４】
フェントン試験を行った場合、高分子電解質膜１および高分子電解質膜４においても、高分子電解質膜２および高分子電解質膜３と比較すると、膜の重量維持率が向上する。
【０１２５】
以上の結果から、炭化水素系高分子電解質と、Ｎ−ヒドロキシイミド構造を有する繰り返し単位を含む高分子化合物とを含有する高分子電解質組成物を用いて製造した燃料電池は、高分子電解質膜の劣化度合が小さいことが明らかとなった。しかしながら、炭化水素系高分子電解質と、Ｎ−ヒドロキシイミド構造を有するものの低分子であるＮＨＰＩとを含有する高分子電解質組成物を用いて製造した燃料電池セルおよび炭化水素系高分子電解質のみからなる高分子電解質組成物を用いて製造した燃料電池は、劣化度合は低減されなかった。また電圧維持率においては殆ど変化がなく、発電試験は問題なく遂行された。従って、本発明の高分子電解質組成物から得られる、高分子電解質膜等の燃料電池用部材は、実用的な長期安定性を有し、燃料電池の長寿命化を達成するものである。