专利名称：聚脲电解质及其制造方法
技术领域：
本发明涉及具有作为燃料电池用电解质膜的适合的机械强度、耐酸性等的聚脲电解质及其制造方法。
背景技术：
从近来的地球环境问题的观点出发，清洁能源(Clean energy)的开发和普及成为世界性的重大课题。并且，从清洁能源当中低公害和高效率这一观点出发，燃料电池受到瞩目。燃料电池是指通过使用氧或空气将氢、甲醇等燃料进行电化学氧化，从而将燃料的化学能转换为电能并获取。燃料电池根据电解质的种类而有碱型、磷酸型、熔融碳酸盐型、固体电解质型和固体高分子型等各种类型。其中，特别是可低温下工作、操作容易且输出功率密度高的固体高分子型燃料电池被期待作为汽车或家庭用的电源。尤其，为了将固体高分子型燃料电池作为汽车用燃料电池实用化，需要进一步的小型化和高输出功率化。对此，需要在使电解质薄膜化、使燃料电池自身的容积减小的同时，降低燃料电池内的内部电阻。为此，在现有的氟系电解质膜的基础上，进行了烃系电解质膜的开发。烃系电解质膜与上述氟系电解质膜相比，原料廉价且制造工序简单，进而有材料的选择性高这一优点。但是，以往开发的烃系电解质膜大多以高耐热性且高刚性的超级工程塑料(Super Engineerig Plastic)为基底，存在刚性虽强但缺乏柔软性、本质上韧性弱的问题。进而，已知还存在高温条件下磺酸基脱离等问题，期望解决这些问题。最近，为了改善机械强度，公开了一种在侧链具有电离性官能团的聚脲电解质及使用其的燃料电池(例如，参照专利文献1和幻。此外，还提出了在聚脲树脂的多孔膜中填充有丙烯酰胺系的电解质得到的质子传导性复合膜(例如，参照专利文献3)。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开2006-040709号公报专利文献2 日本特开2006-120518号公报专利文献3 日本特开2007-207522号公报
发明内容
发明要解决的问题然而，在上述专利文献1和2的聚脲电解质中，侧链是在脲树脂合成后在后来利用脲键部位的活性氢所加成的。因此，存在如下问题由于失去活性氢，脲键部位间的内聚力降低、机械强度降低，并且耐酸性和耐水性降低。此外，在上述专利文献3的质子传导性复合膜中，电解质偏在于聚脲树脂的多孔膜的孔部分。因此，从膜整体来看，有质子传导电阻会上升的问题。此外，为了降低质子传导电阻而薄膜化时，多孔质基材的机械强度会降低。进而，上述质子传导性复合膜还存在丙烯酰胺水解、磺酸易脱离的问题。
本发明是鉴于这种现有技术中存在的问题而做出的。并且，其目的在于，提供机械强度、耐水性、耐酸性和耐久性优异的聚脲电解质及其制造方法。用于解决问题的方案本发明的聚脲电解质含有聚脲树脂，该聚脲树脂通过使具有2个以上的异氰酸酯基的第一化合物与具有2个以上的氨基的第二化合物聚合而形成。并且，第一化合物或第二化合物含有10以上的碳链，且第一化合物或第二化合物含有磺酸基或羧酸基。本发明的聚脲电解质的制造方法具有如下工序通过中和剂中和第一化合物或第二化合物中的磺酸基或羧酸基的中和工序；在中和工序后，将第一化合物和第二化合物聚合的聚合工序；在聚合工序后，从第一化合物与第二化合物的聚合物中除去中和剂的工序。发明的效果本发明的聚脲电解质由于在分子内包含为硬链段的脲键，因而机械强度优异。进而，由于在分子内包括由为软链段的10以上的碳链形成的结构，因而柔软性也优异。此外， 上述聚脲电解质中的10以上的碳链显示比较强的疏水性，可以在酸和水的接近中保护脲键部位，因而耐酸性和耐水性也优异。
图1为示出将本发明的实施方式的聚脲电解质作为电解质膜使用而得到的固体高分子型燃料电池的单电池的示意图。图2为示出搭载有本发明的实施方式的燃料电池的汽车的示意图。附图标记说明1电解质膜2 正极3 负极4催化剂层5气体扩散层6正极侧隔膜7负极侧隔膜8外部负荷10燃料电池
具体实施例方式以下，使用附图对本发明的实施方式的聚脲电解质及其制造方法进行详细说明。 另外，附图的尺寸比例因说明而有夸张，有时会与实际比例不同。[聚脲电解质]本发明的实施方式的聚脲电解质具有聚脲树脂，该聚脲树脂通过将具有2个以上的异氰酸酯基(-NC0)的第一化合物与具有2个以上的氨基(-NH2)的第二化合物聚合而形成。并且，其特征在于，上述第一化合物或第二化合物含有10以上的碳链，且，第一化合物或第二化合物含有磺酸基(-SO3H)或羧酸基(-CO2H)。若更详细地说明，如化学式1所示那样，通过使具有2个以上的异氰酸酯基的第一化合物(异氰酸酯化合物)、与具有2个以上的氨基的第二化合物(氨基化合物)聚合，从而可以得到具有脲键的聚脲树脂。并且，上述聚脲树脂中，第一化合物中的分子链R1或第二化合物中的分子链R2包括10以上的碳链。进而，第一化合物中的分子链R1或第二化合物中的分子链R2含有磺酸基或羧酸基。[化学式1]
权利要求
1.一种聚脲电解质，其特征在于，其含有聚脲树脂，该聚脲树脂通过使具有2个以上的异氰酸酯基的第一化合物与具有2个以上的氨基的第二化合物聚合而形成，所述第一化合物或第二化合物含有10以上的碳链，且第一化合物或第二化合物含有磺酸基或羧酸基。
2.根据权利要求1所述的聚脲电解质，其特征在于，所述第一化合物含有10以上的碳链，所述第二化合物含有磺酸基或羧酸基。
3.根据权利要求1或2所述的聚脲电解质，其特征在于，所述第二化合物含有磺酸基或羧酸基、且具有芳香环。
4.根据权利要求1 3中的任一项所述的聚脲电解质，其特征在于，当量重量为300 2000。
5.一种聚脲电解质膜，其特征在于，其由权利要求1 4中的任一项所述的聚脲电解质形成，膜厚为200 μ m以下。
6.一种燃料电池，其特征在于，其具备权利要求5所述的聚脲电解质膜。
7.一种汽车，其特征在于，其具备权利要求6所述的燃料电池。
8.一种聚脲电解质的制造方法，其特征在于，其是制造如下聚脲电解质的方法，所述聚脲电解质的特征在于，其具有聚脲树脂，该聚脲树脂通过使具有2个以上的异氰酸酯基的第一化合物与具有2个以上的氨基的第二化合物聚合而形成，所述第一化合物或第二化合物含有10以上的碳链，且第一化合物或第二化合物含有磺酸基或羧酸基，该聚脲电解质的制造方法具有如下工序通过中和剂中和所述第一化合物或第二化合物中的磺酸基或羧酸基的中和工序； 在所述中和工序后，将所述第一化合物和第二化合物聚合的聚合工序； 在所述聚合工序后，从所述第一化合物与第二化合物的聚合物中除去所述中和剂的工序。
9.根据权利要求8所述的聚脲电解质的制造方法，其特征在于，所述中和剂为碳数6以上的烷基胺。
10.根据权利要求8或9所述的聚脲电解质的制造方法，其特征在于，所述聚合工序在微波的照射下进行。
全文摘要
本发明的聚脲电解质含有聚脲树脂，该聚脲树脂通过使具有2个以上的异氰酸酯基的第一化合物与具有2个以上的氨基的第二化合物聚合而形成。并且，其特征在于，第一化合物或第二化合物含有10以上的碳链，且第一化合物或第二化合物含有磺酸基或羧酸基。进而，上述聚脲电解质的制造方法的特征在于，其具有如下工序通过中和剂中和第一化合物或第二化合物中的磺酸基或羧酸基的中和工序；在中和工序后，将第一化合物和第二化合物聚合的聚合工序；在聚合工序后，从第一化合物与第二化合物的聚合物中除去上述中和剂的工序。
文档编号C08J5/22GK102459388SQ201080027280
公开日2012年5月16日 申请日期2010年6月10日 优先权日2009年6月19日
发明者佐村彻也, 田畑洋, 矢野都世, 长谷川卓也, 高椋庄吾 申请人:日产自动车株式会社