JP2005520001A - Method for producing plasma polymerized polymer electrolyte membrane and polyazole membrane coated by plasma polymerization - Google Patents

Method for producing plasma polymerized polymer electrolyte membrane and polyazole membrane coated by plasma polymerization Download PDF

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Abstract

【課題】 気相でのプラズマ補助析出を使用して、ポリマー電解質膜を製造する好適な方法を提供する。
【解決手段】 プラズマ重合イオン伝導性電解質膜の製造方法において、該プラズマ重合イオン伝導性電解質膜が、マトリックス形成成分、好ましくは炭化水素化合物又はフッ素化炭化水素化合物、および、水のプラズマ補助共重合により製造されることを特徴とする、製造方法、並びに、該製造方法により得られるプラズマ重合イオン伝導性層で被覆されることを特徴とする、プラズマ被覆ポリアゾール膜。出発物質として、炭素又はフルオロカーボン化合物及び水、を選択することにより、従来の技術と比べて、工程を平易にすることが可能である。
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a suitable method for producing a polymer electrolyte membrane using plasma-assisted deposition in a gas phase.
In the method for producing a plasma polymerized ion conductive electrolyte membrane, the plasma polymerized ion conductive electrolyte membrane comprises a matrix-forming component, preferably a hydrocarbon compound or a fluorinated hydrocarbon compound, and water plasma assisted copolymerization. A plasma-coated polyazole film, characterized in that the plasma-coated polyazole film is coated with a plasma-polymerized ion conductive layer obtained by the manufacturing method. By selecting carbon or fluorocarbon compounds and water as starting materials, it is possible to simplify the process compared to conventional techniques.

Description

本発明は、気相からのプラズマ補助析出によりポリマー電解質膜を製造する方法に関し、この方法は、その出発物質の選択により、先行技術と比較して、相当平易となることに成功した。更に、本発明は、プラズマ被覆ポリアゾール膜に関する。   The present invention relates to a method for producing a polymer electrolyte membrane by plasma-assisted deposition from the gas phase, which has succeeded in being considerably simpler than the prior art due to the selection of its starting material. The invention further relates to a plasma-coated polyazole film.

プラズマ重合層は、一般に、高い架橋度を有し、かつまた架橋度が調節可能であり、そのことは、高い化学的耐性及び熱的安定性をもたらす(例えば、R.Hartmann:”Plasmapolymodifizierung von Kunststoffberflaechen”,Techn.Rundschau 17(1988),20〜23頁;A.Brunold et al.:”Modifizierung von Polymeren im Niederdruckplasma”,Part2,mo51(1997),81〜84頁参照)。イオン伝導性基(スルホン酸、ホスホン酸又はカルボン酸基)の導入をもたらすモノマーのこの工程への使用は、イオン伝導性ポリマー膜の製造を可能にし、該膜は、高度の重合度の結果として得られた、気体又は液体の透過に対するバリア作用及びその安定性のために、燃料電池、特に直接メタノール方式燃料電池、又は電解槽に使用するのに好適である。更に、使用された析出技術は、薄膜(数10nmから数10μmまで)の製造を可能にし、これは、携帯用用途のための小型化燃料電池系への使用(例えばDE19624887A1、DE19914681A1参照)又は慣用の膜、例えばリン酸をドープしたポリベンゾイミダゾール膜又はスルホン酸基含有膜、上へ析出させたバリア層としての使用(DE19914571A1)のために特に重要である。   Plasma polymerized layers generally have a high degree of cross-linking and are also adjustable in degree of cross-linking, which results in high chemical resistance and thermal stability (eg R. Hartmann: “Plasmapolymodification von Kunstoffberflachen) "Techn. Rundschau 17 (1988), pp. 20-23; A. Brunold et al .:" Modify erung von Polymeren im Niederduckplasma ", Part 2, mo51 (1997), 81-84). The use of monomers that lead to the introduction of ion-conducting groups (sulfonic acid, phosphonic acid or carboxylic acid groups) in this process allows the production of ion-conducting polymer membranes, which as a result of a high degree of polymerization. The resulting barrier action against gas or liquid permeation and its stability are suitable for use in fuel cells, in particular direct methanol fuel cells, or electrolyzers. Furthermore, the deposition technique used allows the production of thin films (from tens of nanometers to several tens of micrometers), which can be used in miniaturized fuel cell systems for portable applications (see for example DE19624887A1, DE19916461A1) or conventional. For example, a polybenzimidazole film doped with phosphoric acid or a sulphonic acid group-containing film, as a barrier layer deposited on it (DE 1991 4571 A1).

従来のプラズマ重合イオン伝導性層は、種々のフッ素化炭化水素と、トリフルオロメタンスルホン酸との組み合わせから(例えばDE19513292C1、US5750013A)、カルボキシル基を含有する化合物との組み合わせから(DE19624887A1)又はビニルホスホン酸を含有する化合物との組み合わせから(DE19914681A1)製造される。トリフルオロメタンスルホン酸を使用する場合には、スルホン酸中の炭素−硫黄結合の匹敵する結合エネルギー及びスルホン酸中の結合の結果として、スルホン酸のフラグメンテーションもプラズマ中で起こる。この結果として、非常に低いイオン伝導性を有する高架橋ポリマー又は十分なイオン伝導性を有するが架橋度の低いポリマーが生じ、かつポリマー骨組に共有結合しないトリフルオロメタンスルホン酸を高い割合で生じ、従って、長期安定性を有さない電解質を生じる(Ber.Bunsenges,Phys.Chem.,Vol.98(1994),631〜635頁参照)。前記酸化合物の全ての場合に、プラズマ重合は、気化を必要とし、これは、健康に有害な物質を取り扱わねばならないという欠点を被るのみならず、装置に関して増加された経費も必要とする。   Conventional plasma polymerized ion-conducting layers can be obtained from combinations of various fluorinated hydrocarbons and trifluoromethanesulfonic acid (eg DE19513292C1, US5750013A), from combinations containing carboxyl groups (DE19624887A1) or vinylphosphonic acid. (DE 19914681A1) from a combination with a compound containing When using trifluoromethanesulfonic acid, fragmentation of the sulfonic acid also occurs in the plasma as a result of the binding energy comparable to the carbon-sulfur bond in the sulfonic acid and the bonding in the sulfonic acid. This results in a highly crosslinked polymer with very low ionic conductivity or a polymer with sufficient ionic conductivity but low degree of crosslinking and a high proportion of trifluoromethanesulfonic acid that is not covalently bonded to the polymer framework, and thus An electrolyte is obtained that does not have long-term stability (see Ber. Bunsenges, Phys. Chem., Vol. 98 (1994), pages 631-635). In all cases of said acid compounds, plasma polymerization requires vaporization, which not only suffers from the disadvantage of having to handle substances that are harmful to health, but also requires increased costs for the device.

炭素化合物、好ましくはアルケン及びアルキン、又はフルオロカーボン、好ましくはフッ素化アルケンを水と共に使用する、イオン伝導性層の本発明によるプラズマ重合により、工程の著しい簡易化及び製造コストの著しい減少が提供される。プラズマ中の水のフラグメンテーションは、OHラジカルの形成をもたらし、その結果として、イオン伝導性に必要なカルボキシル基は、層が成長する間にのみ形成される。市販の液流調整機の使用は、他の酸化合物の場合に必要である気化器による分取を可能にする。水の高い蒸気圧は、析出を室温で実施することも可能にするが、前記酸化合物の場合には、気化器から反応器へのガスラインの加熱及び電極の加熱が、これらの領域の酸化合物の凝縮を防止するのに必要である。   Plasma polymerization according to the invention of ion-conducting layers using carbon compounds, preferably alkenes and alkynes, or fluorocarbons, preferably fluorinated alkenes, with water provides a significant simplification of the process and a significant reduction in production costs. . The fragmentation of water in the plasma results in the formation of OH radicals, so that the carboxyl groups necessary for ionic conductivity are formed only during the growth of the layer. The use of commercially available liquid flow regulators allows for fractionation by vaporizer, which is necessary with other acid compounds. The high vapor pressure of water also allows the precipitation to be carried out at room temperature, but in the case of the acid compounds, the heating of the gas line from the vaporizer to the reactor and the heating of the electrodes are responsible for the acid in these regions. Required to prevent compound condensation.

すなわち、本発明は、プラズマ重合イオン伝導性電解質膜の製造方法において、該プラズマ重合イオン伝導性電解質膜が、マトリックス形成成分、好ましくは炭化水素化合物又はフッ素化炭化水素化合物、および、水のプラズマ補助共重合により製造されることを特徴とし、前記マトリックス形成成分のために使用される前駆体は、好ましくはフッ素化アルケン、アルケン、あるいはアルキンである。出発物質として、炭素化合物又はフルオロカーボン化合物と水と、を選択することにより、従来の技術と比べて、工程を平易にすることが可能である。
燃料電池中へ、特に小型化燃料電池へ、これらの新規のプラズマ重合電解質膜を使用するために、これらは、薄膜技術(例えば、気相からの陰極原子化又はプラズマ補助析出)により製造された触媒層を多孔性又は無孔性伝導性接触層と結合させることにより製造することができる(DE19914681A)。これらの層の析出は、スパッター法及び気相からの析出の両方を可能にする好適な反応器で実施できるか、又は別々の接続された反応器で実施でき、その反応器のそれぞれで、膜電極ユニットの1成分が薄膜技術により析出され、反応器の間では、輸送が減圧下に行われる。使用支持体に依存して、プラズマ重合電解質のためには、例えば個々の好適に構成されたガラスまたはシリコン支持体のコーティングのためには、静止析出工程が好ましく、多数の品目の場合、又は析出が好適なフィルム上に実施される場合は、連続工程が好ましいこともある。
That is, the present invention relates to a method for producing a plasma polymerized ion conductive electrolyte membrane, wherein the plasma polymerized ion conductive electrolyte membrane comprises a matrix-forming component, preferably a hydrocarbon compound or a fluorinated hydrocarbon compound, and water plasma. The precursor used for the matrix-forming component is preferably a fluorinated alkene, alkene or alkyne, characterized in that it is produced by copolymerization. By selecting a carbon compound or fluorocarbon compound and water as starting materials, the process can be simplified compared to conventional techniques.
In order to use these novel plasma polymerized electrolyte membranes into fuel cells, especially miniaturized fuel cells, they were produced by thin film technology (eg, catalyzed atomization or plasma assisted deposition from the gas phase). It can be produced by bonding the catalyst layer with a porous or nonporous conductive contact layer (DE 19914681A). The deposition of these layers can be performed in a suitable reactor that allows both sputtering and deposition from the gas phase, or can be performed in separate connected reactors, in each of the reactors the film One component of the electrode unit is deposited by thin film technology, and transport between the reactors takes place under reduced pressure. Depending on the support used, a static deposition step is preferred for plasma polymerized electrolytes, for example for coating of individual suitably constructed glass or silicon supports, and for a large number of items or for deposition. If carried out on a suitable film, a continuous process may be preferred.

前記工程は、本発明の特別の構成により、プラズマ被覆ポリアゾール膜の製造に、特に好適である。   The above process is particularly suitable for the production of a plasma-coated polyazole film due to the special configuration of the present invention.

酸ドープポリアゾール膜は、その優れた化学的、熱的及び機械的特性の故に広範囲に使用でき、かつ特にPEM燃料電池中のポリマー電解質膜(PEM)として好適である。   Acid doped polyazole membranes can be used extensively due to their excellent chemical, thermal and mechanical properties and are particularly suitable as polymer electrolyte membranes (PEM) in PEM fuel cells.

塩基性ポリアゾール膜は、濃リン酸又は硫酸がドープされ、ポリマー電解質膜燃料電池(PEM燃料電池)中のプロトン導体及びセパレーターとして作用する。   The basic polyazole membrane is doped with concentrated phosphoric acid or sulfuric acid and acts as a proton conductor and separator in a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEM fuel cell).

ポリアゾールポリマーの優れた特性のために、そのようなポリマー電解質膜は、膜電極ユニット(MEUs)へ変換されると、100℃以上、特に120℃以上の長期間操作温度で、燃料電池中に使用することができる。この高温の長期間操作温度は、膜電極ユニット(MEU)中に存在する貴金属を基礎とする触媒の活性を増加させることができる。特に、炭化水素からの改質(reforming)生成物を使用する際に、一酸化炭素の著しい量が、改質ガス中に存在し、これらは、通常、複雑なガス作業(gas work−up)又はガス精製により除去すべきである。操作温度を増加させることは、COの著しく高い濃度を、長期間許容することを可能にする。   Due to the superior properties of polyazole polymers, such polymer electrolyte membranes, when converted into membrane electrode units (MEUs), can be used in fuel cells at long-term operating temperatures of 100 ° C or higher, especially 120 ° C or higher. Can be used. This high long-term operating temperature can increase the activity of precious metal based catalysts present in the membrane electrode unit (MEU). In particular, when using reforming products from hydrocarbons, significant amounts of carbon monoxide are present in the reformed gas, which is usually a complex gas work-up. Or it should be removed by gas purification. Increasing the operating temperature makes it possible to tolerate significantly higher concentrations of CO for long periods of time.

ポリアゾールポリマーに基づくポリマー電解質膜の使用は、第一に、少なくとも部分的に、複雑なガス作業又はガス精製の省略を可能にし、第二に、膜電極ユニットに存在する触媒量を減じることを可能にする。PEM燃料電池の広範囲の使用のために、両方とも必要不可欠な条件である。それというのも、さもなければPEM燃料電池系のコストが高くなりすぎるからである。   The use of polymer electrolyte membranes based on polyazole polymers firstly makes it possible at least partly to omit complicated gas work or gas purification, and secondly to reduce the amount of catalyst present in the membrane electrode unit. to enable. Both are indispensable conditions for the widespread use of PEM fuel cells. This is because otherwise the cost of the PEM fuel cell system would be too high.

ポリアゾールは、式(I)、(II)、(III)、(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)、(IX)、(X)、(XI)、(XII)、(XIII)、(XIV)、(XV)、(XVI)、(XVII)、(XVIII)、(XIX)、(XX)、(XXI)及び(XXII)からなる群より選ばれる少なくとも1以上、

Figure 2005520001
Figure 2005520001
Figure 2005520001
Figure 2005520001
[式中、Arは、同じか又は異なるものであり、それぞれ、単環式又は多環式であってよい4価の芳香族又はヘテロ芳香族基であり、
Ar1は、同じか又は異なるものであり、それぞれ、単環式又は多環式であってよい2価の芳香族又はヘテロ芳香族基であり、
Ar2は、同じか又は異なるものであり、それぞれ、単環式又は多環式であってよい2価又は3価の芳香族又はヘテロ芳香族基であり、
Ar3は、同じか又は異なるものであり、それぞれ、単環式又は多環式であってよい3価の芳香族又はヘテロ芳香族基であり、
Ar4は、同じか又は異なるものであり、それぞれ、単環式又は多環式であってよい3価の芳香族又はヘテロ芳香族基であり、
Ar5は、同じか又は異なるものであり、それぞれ、単環式又は多環式であってよい4価の芳香族又はヘテロ芳香族基であり、
Ar6は、同じか又は異なるものであり、それぞれ、単環式又は多環式であってよい2価の芳香族又はヘテロ芳香族基であり、
Ar7は、同じか又は異なるものであり、それぞれ、単環式又は多環式であってよい2価の芳香族又はヘテロ芳香族基であり、
Ar8は、同じか又は異なるものであり、それぞれ、単環式又は多環式であってよい3価の芳香族又はヘテロ芳香族基であり、
Ar9は、同じか又は異なるものであり、それぞれ、単環式又は多環式であってよい2価又は3価又は4価の芳香族又はヘテロ芳香族基であり、
Ar10は、同じか又は異なるものであり、それぞれ、単環式又は多環式であってよい2価又は3価の芳香族又はヘテロ芳香族基であり、
Ar11は、同じか又は異なるものであり、それぞれ、単環式又は多環式であってよい2価の芳香族又はヘテロ芳香族基であり、
Xは、同じか又は異なるものであり、それぞれ、酸素、硫黄、又は水素原子を有するアミノ基、炭素原子1〜20個を有する基、好ましくは分枝又は分枝していないアルキル又はアルコキシ基又はもう1つの基としてのアリール基であり、
Rは、同じか又は異なるものであり、それぞれ、水素、アルキル基又は芳香族基であり、かつ、
n、mは、それぞれ、10以上の整数、好ましくは100以上の整数である]
のアゾール単位の繰り返しを任意の組み合わせで含むものである。 Polyazoles have the formulas (I), (II), (III), (IV), (V), (VI), (VII), (VIII), (IX), (X), (XI), (XII). ), (XIII), (XIV), (XV), (XVI), (XVII), (XVIII), (XIX), (XX), (XXI) and (XXII) ,
Figure 2005520001
Figure 2005520001
Figure 2005520001
Figure 2005520001
Wherein Ar is the same or different and each is a tetravalent aromatic or heteroaromatic group that may be monocyclic or polycyclic;
Ar 1 is the same or different and each is a divalent aromatic or heteroaromatic group that may be monocyclic or polycyclic;
Ar 2 is the same or different and each is a divalent or trivalent aromatic or heteroaromatic group that may be monocyclic or polycyclic;
Ar 3 is the same or different and each is a trivalent aromatic or heteroaromatic group that may be monocyclic or polycyclic;
Ar 4 is the same or different and each is a trivalent aromatic or heteroaromatic group that may be monocyclic or polycyclic;
Ar 5 is the same or different and each is a tetravalent aromatic or heteroaromatic group that may be monocyclic or polycyclic;
Ar 6 is the same or different and each is a divalent aromatic or heteroaromatic group that may be monocyclic or polycyclic;
Ar 7 is the same or different and each is a divalent aromatic or heteroaromatic group that may be monocyclic or polycyclic;
Ar 8 is the same or different and each is a trivalent aromatic or heteroaromatic group that may be monocyclic or polycyclic;
Ar 9 is the same or different and each is a divalent, trivalent or tetravalent aromatic or heteroaromatic group which may be monocyclic or polycyclic;
Ar 10 are the same or different and are each a divalent or trivalent aromatic or heteroaromatic group that may be monocyclic or polycyclic,
Ar 11 is the same or different and each is a divalent aromatic or heteroaromatic group that may be monocyclic or polycyclic;
X is the same or different and each is an amino group having an oxygen, sulfur or hydrogen atom, a group having 1 to 20 carbon atoms, preferably a branched or unbranched alkyl or alkoxy group, or An aryl group as another group,
R is the same or different and each is hydrogen, an alkyl group or an aromatic group, and
n and m are each an integer of 10 or more, preferably an integer of 100 or more]
These repeating azole units are included in any combination.

好ましい芳香族又はヘテロ芳香族基は、ベンゼン、ナフタレン、ビフェニル、ジフェニルエーテル、ジフェニルメタン、ジフェニルジメチルメタン、ビスフェノン、ジフェニルスルホン、キノリン、ピリジン、ビピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、トリアジン、テトラジン、ピロール、ピラゾール、アントラセン、ベンゾピロール、ベンゾトリアゾール、ベンゾオキサチアジアゾール、ベンゾオキサジアゾール、ベンゾピリジン、ベンゾピラジン、ベンゾピラジジン、ベンゾピリミジン、ベンゾピラジン、ベンゾトリアジン、インドリジン、キノリジン、ピリドピリジン、イミダゾピリミジン、ピラジノピリミジン、カルバゾール、アシリジン、フェナジン、ベンゾキノリン、フェノキサジン、フェノチアジン、アクリジジン、ベンゾプテリジン、フェナントロリン及びフェナントレンから誘導され、これらは、それぞれ置換されていてもよい。   Preferred aromatic or heteroaromatic groups are benzene, naphthalene, biphenyl, diphenyl ether, diphenylmethane, diphenyldimethylmethane, bisphenone, diphenylsulfone, quinoline, pyridine, bipyridine, pyridazine, pyrimidine, pyrazine, triazine, tetrazine, pyrrole, pyrazole, anthracene , Benzopyrrole, benzotriazole, benzooxathiadiazole, benzooxadiazole, benzopyridine, benzopyrazine, benzopyrazidine, benzopyrimidine, benzopyrazine, benzotriazine, indolizine, quinolidine, pyridopyridine, imidazopyrimidine, pyrazinopyrimidine, carbazole, acylidine , Phenazine, benzoquinoline, phenoxazine, phenothiazine, acrididine, Nzoputerijin are derived from phenanthroline and phenanthrene, which may be substituted, respectively.

Ar1、Ar4、Ar6、Ar7、Ar8、Ar9、Ar10、Ar11は、任意の置換パターンを有してもよい。例えば、フェニレンの場合には、Ar1、Ar4、Ar6、Ar7、Ar8、Ar9、Ar10、Ar11は、オルト−、メタ−又はパラ−フェニレンであってよい。特に有利な基は、ベンゼン及びビフェニレンから誘導され、それぞれ置換されていてもよい。 Ar 1 , Ar 4 , Ar 6 , Ar 7 , Ar 8 , Ar 9 , Ar 10 , Ar 11 may have any substitution pattern. For example, in the case of phenylene, Ar 1 , Ar 4 , Ar 6 , Ar 7 , Ar 8 , Ar 9 , Ar 10 , Ar 11 may be ortho-, meta- or para-phenylene. Particularly advantageous groups are derived from benzene and biphenylene, each optionally substituted.

好ましいアルキル基は、炭素原子1〜4個を有する短鎖アルキル基、例えばメチル、エチル、n−又はi−プロピル及びt−ブチル基である。   Preferred alkyl groups are short-chain alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms, such as methyl, ethyl, n- or i-propyl and t-butyl groups.

好ましい芳香族基は、フェニル又はナフチル基である。アルキル基及び芳香族基は置換されていてもよい。   Preferred aromatic groups are phenyl or naphthyl groups. Alkyl groups and aromatic groups may be substituted.

好ましい置換基は、ハロゲン原子、例えばフッ素、アミノ基、ヒドロキシ基又は短鎖アルキル基、例えばメチル又はエチルである。   Preferred substituents are halogen atoms such as fluorine, amino groups, hydroxy groups or short chain alkyl groups such as methyl or ethyl.

1つの反復単位内の基Xが同一である式(I)の反復単位を含むポリアゾールが有利である。   Preference is given to polyazoles comprising recurring units of the formula (I) in which the radicals X in one recurring unit are identical.

ポリアゾールは、原則的には、例えば、その基Xが異なる、異なる反復単位を有してもよい。しかしながら、反復単位内に、同一の基Xのみがあるのが有利である。   Polyazoles may in principle have different repeating units, for example, whose group X is different. However, it is advantageous that there are only identical groups X in the repeating unit.

更に好ましいポリアゾールポリマーは、ポリイミダゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリオキサジアゾール、ポリキノキサリン、ポリチアジアゾール、ポリ(ピリジン)、ポリ(ピリミジン)及びポリ(テトラアザピレン)である。   Further preferred polyazole polymers are polyimidazole, polybenzothiazole, polybenzoxazole, polyoxadiazole, polyquinoxaline, polythiadiazole, poly (pyridine), poly (pyrimidine) and poly (tetraazapyrene).

本発明のもう1つの態様では、反復アゾール単位を含むポリマーは、相互に異なる、式(I)から(XXII)までの単位を少なくとも2つ含むコポリマー又はブレンドである。ポリマーは、ブロックコポリマー(ジブロック、トリブロック)、ランダムコポリマー、周期(periodic)コポリマー及び/又は交互コポリマーの形状であってよい。   In another aspect of the invention, the polymer comprising repeating azole units is a copolymer or blend comprising at least two units of formula (I) to (XXII) that are different from one another. The polymer may be in the form of a block copolymer (diblock, triblock), random copolymer, periodic copolymer and / or alternating copolymer.

本発明の特に有利な態様では、反復アゾール単位を含むポリマーは、式(I)及び/又は(II)の単位のみを含有するポリアゾールである。   In a particularly advantageous embodiment of the invention, the polymer comprising repeating azole units is a polyazole containing only units of the formula (I) and / or (II).

ポリマー中の反復アゾール単位の数は、好ましくは、10以上である。特に有利なポリマーは、少なくとも100の反復アゾール単位を有する。   The number of repeating azole units in the polymer is preferably 10 or more. Particularly advantageous polymers have at least 100 repeating azole units.

本発明の目的のために、ベンゾイミダゾール単位を繰り返し含むポリマーが有利である。ベンゾイミダゾール単位を繰り返し含む、極めて好ましいポリマーの幾つかの例は、以下の式、

Figure 2005520001
Figure 2005520001
Figure 2005520001
Figure 2005520001
[式中、n及びmは、それぞれ10以上の整数、有利に100以上の整数である]
に相当する。 For the purposes of the present invention, polymers containing repeated benzimidazole units are advantageous. Some examples of highly preferred polymers that repeatedly contain benzimidazole units are:
Figure 2005520001
Figure 2005520001
Figure 2005520001
Figure 2005520001
[Wherein n and m are each an integer of 10 or more, preferably an integer of 100 or more]
It corresponds to.

好ましいポリアゾール、特にポリベンゾイミダゾール、は、高い分子量を有する。極限粘度数として測定すると、これは、少なくとも1.0dl/g、好ましくは少なくとも1.2又は1.1dl/gである。   Preferred polyazoles, especially polybenzimidazoles, have a high molecular weight. When measured as the intrinsic viscosity, this is at least 1.0 dl / g, preferably at least 1.2 or 1.1 dl / g.

そのようなポリアゾールの製造は公知である。公知の方法で、1つ以上のテトラアミノ化合物は、カルボン酸モノマー当たり少なくとも2つの酸基を含有する1つ以上の芳香族カルボン酸及び/又はそのエステルと、融液で、反応し、プレポリマーを形成する。生じたプレポリマーは、反応器中で固化し、引き続いて機械的に粉砕される。粉粒からなるプレポリマーは、400℃までの温度で、通常、完全に固相重合で重合される。   The production of such polyazoles is known. In a known manner, one or more tetraamino compounds are reacted in the melt with one or more aromatic carboxylic acids and / or their esters containing at least two acid groups per carboxylic acid monomer, Form. The resulting prepolymer solidifies in the reactor and is subsequently mechanically ground. The prepolymer consisting of powder particles is usually completely polymerized by solid phase polymerization at a temperature up to 400 ° C.

好ましい芳香族カルボン酸は、特に、ジカルボン酸及びトリカルボン酸及びテトラカルボン酸及びこれらのエステル又は無水物又は酸塩化物を含む。用語「芳香族カルボン酸」は、ヘテロ芳香族カルボン酸も包含する。   Preferred aromatic carboxylic acids include in particular dicarboxylic acids and tricarboxylic acids and tetracarboxylic acids and their esters or anhydrides or acid chlorides. The term “aromatic carboxylic acid” also encompasses heteroaromatic carboxylic acids.

芳香族ジカルボン酸は、好ましくは、イソフタル酸、テレフタル酸、フタル酸、5−ヒドロキシイソフタル酸、4−ヒドロキシイソフタル酸、2−ヒドロキシテレフタル酸、5−アミノイソフタル酸、5−N,N−ジメチルアミノイソフタル酸、5−N,N−ジエチルアミノイソフタル酸、2,5−ジヒドロキシテレフタル酸、2,6−ジヒドロキシイソフタル酸、4,6−ジヒドロキシイソフタル酸、2,3−ジヒドロキシフタル酸、2,4−ジヒドロキシフタル酸、3,4−ジヒドロキシフタル酸、3−フルオロフタル酸、5−フルオロイソフタル酸、2−フルオロテレフタル酸、テトラフルオロフタル酸、テトラフルオロイソフタル酸、テトラフルオロテレフタル酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸、1,5−ナフタレンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、2,7−ナフタレンジカルボン酸、ジフェン酸、1,8−ジヒドロキシナフタレン−3,6−ジカルボン酸、ビス(4−カルボキシフェニル)エーテル、ベンゾフェノン−4,4’−ジカルボン酸、ビス(4−カルボキシフェニル)スルホン、ビフェニル−4,4’−ジカルボン酸、4−トリフルオロメチルフタル酸、2,2−ビス(4−カルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、4,4’−スチルベンジカルボン酸、4−カルボキシケイ皮酸及びこれらのC1〜C20−アルキルエステル又はC5〜C12−アリールエステル又はこれらの酸無水物又は酸塩化物である。 The aromatic dicarboxylic acid is preferably isophthalic acid, terephthalic acid, phthalic acid, 5-hydroxyisophthalic acid, 4-hydroxyisophthalic acid, 2-hydroxyterephthalic acid, 5-aminoisophthalic acid, 5-N, N-dimethylamino. Isophthalic acid, 5-N, N-diethylaminoisophthalic acid, 2,5-dihydroxyterephthalic acid, 2,6-dihydroxyisophthalic acid, 4,6-dihydroxyisophthalic acid, 2,3-dihydroxyphthalic acid, 2,4-dihydroxy Phthalic acid, 3,4-dihydroxyphthalic acid, 3-fluorophthalic acid, 5-fluoroisophthalic acid, 2-fluoroterephthalic acid, tetrafluorophthalic acid, tetrafluoroisophthalic acid, tetrafluoroterephthalic acid, 1,4-naphthalenedicarboxylic Acid, 1,5-naphthalene dicarboxylic 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, 2,7-naphthalenedicarboxylic acid, diphenic acid, 1,8-dihydroxynaphthalene-3,6-dicarboxylic acid, bis (4-carboxyphenyl) ether, benzophenone-4,4′- Dicarboxylic acid, bis (4-carboxyphenyl) sulfone, biphenyl-4,4′-dicarboxylic acid, 4-trifluoromethylphthalic acid, 2,2-bis (4-carboxyphenyl) hexafluoropropane, 4,4′- Stilbene dicarboxylic acids, 4-carboxycinnamic acids and their C 1 -C 20 -alkyl esters or C 5 -C 12 -aryl esters or their acid anhydrides or acid chlorides.

芳香族トリカルボン酸又はテトラカルボン酸及びこれらのC1〜C20−アルキルエステル又はC5〜C12−アリールエステル又はこれらの酸無水物又は酸塩化物は、好ましくは、1,3,5−ベンゼントリカルボン酸(トリメシン酸)、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸(トリメリト酸)、(2−カルボキシフェニル)イミノジ酢酸、3,5,3’−ビフェニルトリカルボン酸、3,5,4’−ビフェニルトリカルボン酸である。 Aromatic tricarboxylic acids or tetracarboxylic acids and their C 1 -C 20 -alkyl esters or C 5 -C 12 -aryl esters or their acid anhydrides or acid chlorides are preferably 1,3,5-benzene Tricarboxylic acid (trimesic acid), 1,2,4-benzenetricarboxylic acid (trimellitic acid), (2-carboxyphenyl) iminodiacetic acid, 3,5,3'-biphenyltricarboxylic acid, 3,5,4'-biphenyltricarboxylic acid It is an acid.

芳香族テトラカルボン酸及びこれらのC1〜C20−アルキルエステル又はC5〜C12−アリールエステル又はこれらの酸無水物又は酸塩化物は、好ましくは、3,5,3’,5’−ビフェニルテトラカルボン酸、1,2,4,5−ベンゼンテトラカルボン酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸、1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸である。使用されるヘテロ芳香族カルボン酸は、好ましくは、ヘテロ芳香族ジカルボン酸及びトリカルボン酸及びテトラカルボン酸又はこれらのエステル又は無水物である。本発明の目的のためには、ヘテロ芳香族カルボン酸は、その芳香族化合物に、窒素、酸素、硫黄又はリン原子を少なくとも1つ含有する芳香族系である。ピリジン−2,5−ジカルボン酸、ピリジン−3,5−ジカルボン酸、ピリジン−2,6−ジカルボン酸、ピリジン−2,4−ジカルボン酸、4−フェニル−2,5−ピリジンカルボン酸、3,5−ピラゾールジカルボン酸、2,6−ピリミジンジカルボン酸、2,5−ピラジンジカルボン酸、2,4,6−ピリジントリカルボン酸、ベンゾイミダゾール−5,6−ジカルボン酸及びこれらのC1〜C20−アルキルエステル又はC5〜C12−アリールエステル又はこれらの酸無水物又は酸塩化物が有利である。 The aromatic tetracarboxylic acids and their C 1 -C 20 -alkyl esters or C 5 -C 12 -aryl esters or their anhydrides or acid chlorides are preferably 3,5,3 ′, 5′- Biphenyltetracarboxylic acid, 1,2,4,5-benzenetetracarboxylic acid, benzophenonetetracarboxylic acid, 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic acid, 2,2 ′, 3,3′-biphenyltetra Carboxylic acid, 1,2,5,6-naphthalenetetracarboxylic acid, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic acid. The heteroaromatic carboxylic acids used are preferably heteroaromatic dicarboxylic acids and tricarboxylic acids and tetracarboxylic acids or their esters or anhydrides. For the purposes of the present invention, a heteroaromatic carboxylic acid is an aromatic system containing at least one nitrogen, oxygen, sulfur or phosphorus atom in the aromatic compound. Pyridine-2,5-dicarboxylic acid, pyridine-3,5-dicarboxylic acid, pyridine-2,6-dicarboxylic acid, pyridine-2,4-dicarboxylic acid, 4-phenyl-2,5-pyridinecarboxylic acid, 3, 5-pyrazole dicarboxylic acid, 2,6-pyrimidine dicarboxylic acid, 2,5-pyrazine dicarboxylic acid, 2,4,6-pyridine tricarboxylic acid, benzimidazole-5,6-dicarboxylic acid and their C 1 -C 20 - alkyl esters or C 5 -C 12 - aryl esters or their acid anhydrides or acid chlorides are preferred.

トリカルボン酸又はテトラカルボン酸(使用ジカルボン酸に基づく)の含有量は、0〜30mol%、有利に0.1〜20mol%、特に0.5〜10mol%の範囲にある。   The content of tricarboxylic acid or tetracarboxylic acid (based on the dicarboxylic acid used) is in the range from 0 to 30 mol%, preferably from 0.1 to 20 mol%, in particular from 0.5 to 10 mol%.

使用される芳香族及びヘテロ芳香族ジアミノカルボン酸は、好ましくはジアミノ安息香酸及びそのモノヒドロクロリド及びジヒドロクロリド誘導体である。   The aromatic and heteroaromatic diaminocarboxylic acids used are preferably diaminobenzoic acid and its monohydrochloride and dihydrochloride derivatives.

少なくとも2つの異なる芳香族カルボン酸の混合物を使用するのが有利である。芳香族カルボン酸及びヘテロ芳香族カルボン酸の両方を含む混合物を使用するのが特に有利である。芳香族カルボン酸対へテロ芳香族カルボン酸の混合比は、1:99から99:1まで、有利に1:50から50:1までの範囲である。   Preference is given to using a mixture of at least two different aromatic carboxylic acids. It is particularly advantageous to use a mixture containing both aromatic and heteroaromatic carboxylic acids. The mixing ratio of aromatic carboxylic acid to heteroaromatic carboxylic acid ranges from 1:99 to 99: 1, preferably from 1:50 to 50: 1.

これらの混合物は、特に、N−ヘテロ芳香族ジカルボン酸と芳香族ジカルボン酸との混合物である。非限定例は、イソフタル酸、テレフタル酸、フタル酸、2,5−ジヒドロキシテレフタル酸、2,6−ジヒドロキシイソフタル酸、4,6−ジヒドロキシイソフタル酸、2,3−ジヒドロキシフタル酸、2,4−ジヒドロキシフタル酸、3,4−ジヒドロキシフタル酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸、1,5−ナフタレンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、2,7−ナフタレンジカルボン酸、ジフェン酸、1,8−ジヒドロキシナフタレン−3,6−ジカルボン酸、ビス(4−カルボキシフェニル)エーテル、ベンゾフェノン−4,4’−ジカルボン酸、ビス(4−カルボキシフェニル)スルホン、ビフェニル−4,4’−ジカルボン酸、4−トリフルオロメチルフタル酸、ピリジン−2,5−ジカルボン酸、ピリジン−3,5−ジカルボン酸、ピリジン−2,6−ジカルボン酸、ピリジン−2,4−ジカルボン酸、4−フェニル−2,5−ピリジンカルボン酸、3,5−ピラゾールジカルボン酸、2,6−ピリミジンジカルボン酸、2,5−ピラジンジカルボン酸である。   These mixtures are in particular mixtures of N-heteroaromatic dicarboxylic acids and aromatic dicarboxylic acids. Non-limiting examples are isophthalic acid, terephthalic acid, phthalic acid, 2,5-dihydroxyterephthalic acid, 2,6-dihydroxyisophthalic acid, 4,6-dihydroxyisophthalic acid, 2,3-dihydroxyphthalic acid, 2,4- Dihydroxyphthalic acid, 3,4-dihydroxyphthalic acid, 1,4-naphthalenedicarboxylic acid, 1,5-naphthalenedicarboxylic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, 2,7-naphthalenedicarboxylic acid, diphenic acid, 1,8 -Dihydroxynaphthalene-3,6-dicarboxylic acid, bis (4-carboxyphenyl) ether, benzophenone-4,4'-dicarboxylic acid, bis (4-carboxyphenyl) sulfone, biphenyl-4,4'-dicarboxylic acid, 4 -Trifluoromethylphthalic acid, pyridine-2,5-dicarboxylic acid, pyridine- , 5-dicarboxylic acid, pyridine-2,6-dicarboxylic acid, pyridine-2,4-dicarboxylic acid, 4-phenyl-2,5-pyridinecarboxylic acid, 3,5-pyrazole dicarboxylic acid, 2,6-pyrimidine dicarboxylic acid Acid, 2,5-pyrazinedicarboxylic acid.

好ましい芳香族テトラアミノ化合物は、特に、3,3’,4,4’−テトラアミノビフェニル、2,3,5,6−テトラアミノピリジン、1,2,4,5−テトラアミノベンゼン、ビス(3,4−ジアミノフェニル)スルホン、ビス(3,4−ジアミノフェニル)エーテル、3,3’,4,4’−テトラアミノベンゾフェノン、3,3’,4,4’−テトラアミノジフェニルメタン及び3,3’,4,4’−テトラアミノジフェニルジメチルメタン及び、また、これらの塩、特にこれらのモノヒドロクロリド、ジヒドロクロリド、トリヒドロクロリド及びテトラヒドロクロリド誘導体を含む。   Preferred aromatic tetraamino compounds are in particular 3,3 ′, 4,4′-tetraaminobiphenyl, 2,3,5,6-tetraaminopyridine, 1,2,4,5-tetraaminobenzene, bis ( 3,4-diaminophenyl) sulfone, bis (3,4-diaminophenyl) ether, 3,3 ′, 4,4′-tetraaminobenzophenone, 3,3 ′, 4,4′-tetraaminodiphenylmethane and 3, 3 ', 4,4'-tetraaminodiphenyldimethylmethane and also their salts, in particular their monohydrochloride, dihydrochloride, trihydrochloride and tetrahydrochloride derivatives.

好ましいポリベンゾイミダゾールは、商標名Celazoleで、Celanese AGから市販されている。   A preferred polybenzimidazole is commercially available from Celanese AG under the trade name Celazole.

前記ポリマーは別として、更に追加のポリマーを含むブレンドを使用することも可能である。ブレンド成分は、本質的に、材料の機械特性を改良し、コストを減じる課題を有する。有利なブレンド成分は、ドイツ特許出願No.10052242.4に記載されているポリエーテルスルホンである。   Apart from the polymers, it is also possible to use blends containing additional polymers. Blend components inherently have the task of improving the mechanical properties of the material and reducing costs. An advantageous blending component is described in German patent application no. Polyethersulfone described in 10052242.4.

ポリマーフィルムを製造するために、ポリアゾールは、その後の段階で、極性、非プロトン性溶剤、例えばジメチルアセトアミド(DMAc)に溶解され、フィルムが伝統的方法により製造される。   To produce the polymer film, the polyazole is subsequently dissolved in a polar, aprotic solvent such as dimethylacetamide (DMAc) and the film is produced by traditional methods.

残留溶剤を除去するために、この方法で得られたフィルムを、洗浄液で処理することができる。この洗浄液は、それぞれハロゲン化されていてもよい、アルコール、ケトン、アルカン(脂肪族及び脂環式)、エーテル(脂肪族及び脂環式)、エステル、カルボン酸、水、無機酸(例えば、H3PO4、H2SO4)及びこれらの混合物からなる群から選択されるのが有利である。 In order to remove the residual solvent, the film obtained in this way can be treated with a washing liquid. This cleaning solution may be halogenated, alcohol, ketone, alkane (aliphatic and alicyclic), ether (aliphatic and alicyclic), ester, carboxylic acid, water, inorganic acid (for example, H 3 PO 4 , H 2 SO 4 ) and mixtures thereof are advantageously selected.

特に、C1−C10−アルコール、C2−C5−ケトン、C1−C10−アルカン(脂肪族及び脂環式)、C2−C6−エーテル(脂肪族及び脂環式)、C2−C5−エステル、C1−C3−カルボン酸、ジクロロメタン、水、無機酸(例えば、H3PO4、H2SO4)及びこれらの混合物が使用される。これらの液体のうちで特に有利なのは水である。 In particular, C 1 -C 10 -alcohol, C 2 -C 5 -ketone, C 1 -C 10 -alkane (aliphatic and alicyclic), C 2 -C 6 -ether (aliphatic and alicyclic), C 2 -C 5 -esters, C 1 -C 3 -carboxylic acids, dichloromethane, water, inorganic acids (eg H 3 PO 4 , H 2 SO 4 ) and mixtures thereof are used. Of these liquids, water is particularly advantageous.

洗浄後、フィルムを乾燥させて、洗浄液を除去することができる。乾燥条件は、選択された処理液体の蒸気分圧に依存する。乾燥は、通常、大気圧及び温度20℃〜200℃で実施される。減圧下に、より穏やかな乾燥を実施することもできる。乾燥させる代わりに、膜をぬぐって(dab)、過剰の処理液不含にすることもできる。オーダーは決定的ではない。   After washing, the film can be dried to remove the washing solution. Drying conditions depend on the vapor partial pressure of the selected processing liquid. Drying is usually carried out at atmospheric pressure and temperature of 20 ° C to 200 ° C. A milder drying can also be carried out under reduced pressure. As an alternative to drying, the membrane can be dabbed to be free of excess processing solution. The order is not definitive.

ポリアゾールフィルムからの残留溶剤の前記除去は、意想外にも、フィルムの機械特性の改良をもたらす。これらの特性は、特に、弾性モジュラス、極限引張り強さ及びフィルムの破砕靭性を含む。   The removal of residual solvent from the polyazole film unexpectedly leads to an improvement in the mechanical properties of the film. These properties include, among other things, elastic modulus, ultimate tensile strength and film fracture toughness.

更に、ポリマーフィルムは、他の方法で、例えばドイツ特許出願No.10110752.8又はWO00 /44816に記載される架橋により変性させることができた。有利な態様では、使用ポリマーフィルムは、塩基性ポリマー及び少なくとも1つのブレンド成分のみならず、ドイツ特許出願No.10140147.7に記載される架橋剤も含む。   Furthermore, the polymer film can be produced in other ways, for example in German It could be modified by cross-linking as described in 10110752.8 or WO00 / 44816. In an advantageous embodiment, the polymer film used is not only the basic polymer and at least one blend component, but also German patent application no. Also includes a cross-linking agent as described in 1014147.7.

伝統的方法により製造されたポリマーフィルムの代わりに、ドイツ特許出願No.10117686.4、同10144815.5、同10117687.2に記載のポリアゾール含有ポリマー膜を使用することも可能である。   Instead of polymer films produced by traditional methods, German patent application no. It is also possible to use the polyazole-containing polymer film described in 1011177686.4, 101448155.5, or 1011177687.2.

ポリアゾールフィルムの厚さは広い範囲で変化してよい。酸をドープする前のポリアゾールフィルムの厚さは、好ましくは、5μm〜2000μm、特に有利に10μm〜1000μmの範囲にあるが、これらに、限定はされない。   The thickness of the polyazole film may vary over a wide range. The thickness of the polyazole film before doping with acid is preferably in the range of 5 μm to 2000 μm, particularly preferably in the range of 10 μm to 1000 μm, but is not limited thereto.

フィルムをプロトン伝導性にするために、酸をドープする。本文脈では、用語「酸」は、全ての公知のルイス及びブレンステッド酸、好ましくは無機のルイス及びブレンステッド酸を包含する。   In order to make the film proton conductive, it is doped with an acid. In the present context, the term “acid” includes all known Lewis and Bronsted acids, preferably inorganic Lewis and Bronsted acids.

更に、ポリ酸、特にイソポリ酸及びヘテロポリ酸、及び、又、種々の酸の混合物を使用することも可能である。本発明の目的のためには、ヘテロポリ酸は、少なくとも2つの異なる中心原子を有する無機ポリ酸であり、金属(好ましくはCr、Mo、V、W)及び非金属(好ましくはAs、I、P、Se、Te)の弱性の多塩基性オキソ酸から部分的に混合された無水物として形成される。これらは、特に、12−モリブドリン酸及び12−タングストリン酸を含む。   It is also possible to use polyacids, in particular isopolyacids and heteropolyacids, and also mixtures of various acids. For the purposes of the present invention, heteropolyacids are inorganic polyacids having at least two different central atoms and are metal (preferably Cr, Mo, V, W) and nonmetal (preferably As, I, P). , Se, Te) are formed as partially mixed anhydrides from weakly polybasic oxoacids. These include in particular 12-molybdophosphoric acid and 12-tungstophosphoric acid.

ポリアゾールフィルムの伝導率は、ドーピングの程度により影響することができる。伝導率は、最大値に到達するまで、ドーパントの濃度の増加と共に増加する。本発明によれば、ドーピングの程度は、ポリマーの反復単位のmol当たりの酸のmol数として記録される。本発明の目的のためには、3から30まで、特に5から18までのドーピングの程度が好ましい。   The conductivity of the polyazole film can be influenced by the degree of doping. The conductivity increases with increasing dopant concentration until a maximum value is reached. According to the present invention, the degree of doping is recorded as the number of moles of acid per mole of polymer repeating units. For the purposes of the present invention, a degree of doping of 3 to 30, in particular 5 to 18, is preferred.

特に好ましいドーパントは、硫酸及びリン酸である。極めて特に有利なドーパントは、リン酸(H3PO4)である。一般に、高度に濃縮された酸を使用する。本発明の特別の構成により、リン酸の濃度は、ドーパントの重量に基づき、少なくとも50重量%、特に少なくとも80重量%である。 Particularly preferred dopants are sulfuric acid and phosphoric acid. A very particularly advantageous dopant is phosphoric acid (H 3 PO 4 ). In general, highly concentrated acids are used. According to a special configuration of the invention, the concentration of phosphoric acid is at least 50% by weight, in particular at least 80% by weight, based on the weight of the dopant.

更に、ドープされたポリアゾールフィルムは、以下の段階:
I) ポリアゾールポリマーのポリリン酸への溶解
II) 段階I)の方法により得られた溶液を、不活性ガス下で、温度400℃まで加熱
III) 段階II)からのポリアゾールポリマーの溶液を支持体上に使用して膜の形成
IV) 段階III)で形成された膜が自立(self−supporting)するまでの処理
を含む工程によっても得ることができる。
Further, the doped polyazole film has the following steps:
I) Dissolution of polyazole polymer in polyphosphoric acid II) The solution obtained by the method of step I) is heated under inert gas to a temperature of 400 ° C. III) Supporting the solution of polyazole polymer from step II) Use on the body to form a film IV) It can also be obtained by a process comprising a process until the film formed in step III) is self-supporting.

更に、ドープされたポリアゾールフィルムは、以下の段階:
A)ポリリン酸中で、芳香族テトラアミノ化合物1つ以上と、カルボン酸モノマー当たり少なくとも2つの酸基を含有する芳香族カルボン酸又はそのエステル1つ以上との混合、又は芳香族及び/又はヘテロ芳香族ジアミノカルボン酸1つ以上の混合により、溶液及び/又は分散液の形成、
B) 段階A)からの混合物を使用して支持体または電極へ層の適用、
C) 不活性ガス下で、段階B)の方法により得られる平面構造/層を、温度350℃まで、有利に280℃まで加熱して、ポリアゾールポリマーの形成、
D) 段階C)で形成された膜の処理(自立するまで)、
を含む工程によって得ることができる。
Further, the doped polyazole film has the following steps:
A) In polyphosphoric acid, a mixture of one or more aromatic tetraamino compounds and one or more aromatic carboxylic acids or esters thereof containing at least two acid groups per carboxylic acid monomer, or aromatic and / or hetero The formation of a solution and / or dispersion by mixing one or more aromatic diaminocarboxylic acids,
B) Application of the layer to the support or electrode using the mixture from step A)
C) The planar structure / layer obtained by the process of step B) under inert gas is heated to a temperature of 350 ° C., preferably to 280 ° C., to form a polyazole polymer,
D) treatment of the film formed in step C) (until it becomes self-supporting),
Can be obtained by a process including:

段階A)で使用される芳香族又はヘテロ芳香族カルボン酸及びテトラアミノ化合物は、前に記載されている。   The aromatic or heteroaromatic carboxylic acids and tetraamino compounds used in step A) have been described previously.

段階A)で使用されるポリリン酸は、例えばRiedel−de Haenから市販されているポリリン酸である。ポリリン酸Hn+2n3n+1(n>1)は、通常、P25含分少なくとも83%(酸滴定により決定)を有する。モノマーの溶液の代わりに、分散液/懸濁液を製造することも可能である。段階A)で製造された混合物は、全てのモノマーの合計に対するポリリン酸の重量比1:10000から10000:1まで、好ましくは1:1000から1000:1まで、特に1:100から100:1までを有する。 The polyphosphoric acid used in step A) is, for example, polyphosphoric acid commercially available from Riedel-de Haen. Polyphosphoric acid H n + 2 P n O 3n + 1 (n> 1) usually has a P 2 O 5 content of at least 83% (determined by acid titration). Instead of a solution of monomers, it is also possible to produce a dispersion / suspension. The mixture prepared in step A) has a weight ratio of polyphosphoric acid to the sum of all monomers of 1: 10000 to 10,000: 1, preferably 1: 1000 to 1000: 1, in particular 1: 100 to 100: 1. Have

段階B)での層形成は、ポリマーフィルム製造分野の先行技術から自体公知である方法により実施される(流延、吹付け、ドクターブレード塗布)。支持体として、該当する条件下で不活性である全ての支持体を使用することが可能である。粘度の調整のために、適切な場合には、溶液をリン酸(濃リン酸、85%)と混合することができる。このように、粘度を所望の値に設定でき、膜の形成を一層容易にすることができる。   The layer formation in step B) is carried out by methods known per se from the prior art in the field of polymer film production (casting, spraying, doctor blade application). As a support, it is possible to use all supports that are inert under the relevant conditions. To adjust the viscosity, the solution can be mixed with phosphoric acid (concentrated phosphoric acid, 85%), where appropriate. Thus, the viscosity can be set to a desired value, and the film can be formed more easily.

段階B)で製造された層は、厚さ20〜4000μm、有利に30〜3500μm、特に50〜3000μmを有する。   The layer prepared in step B) has a thickness of 20 to 4000 μm, preferably 30 to 3500 μm, in particular 50 to 3000 μm.

段階A)で生じた混合物が、更にトリカルボン酸又はテトラカルボン酸を含むならば、これは、形成されたポリマーの分枝/架橋をもたらす。これは、機械的性質の改良に寄与する。段階C)で製造されたポリマー層は、燃料電池で使用するのに十分な強度を、層が有するのに十分な時間及び温度で、湿気の存在下に処理される。処理は、膜が自立性であり、かつ損傷無しに支持体から分離できるような時間の間実施することができる。   If the mixture produced in step A) additionally contains tricarboxylic or tetracarboxylic acids, this leads to branching / crosslinking of the formed polymer. This contributes to improved mechanical properties. The polymer layer produced in step C) is treated in the presence of moisture for a time and temperature sufficient for the layer to have sufficient strength for use in a fuel cell. The treatment can be carried out for a time such that the membrane is self-supporting and can be separated from the support without damage.

段階C)で使用される不活性ガスは、当業者に公知である。これらは、特に、窒素及び希ガス、例えばネオン、アルゴン、ヘリウムを含む。   The inert gas used in step C) is known to those skilled in the art. These include in particular nitrogen and noble gases such as neon, argon, helium.

工程の変法では、段階A)からの混合物は、温度350℃まで、有利に280℃まで加熱でき、オリゴマー及び/又はポリマーの形成を行う。段階C)での加熱は、選択された温度及び時間に依存して、その後、部分的又は完全に省略することができる。この変法も、また、本発明の主題である。   In a process variant, the mixture from step A) can be heated to a temperature of 350 ° C., preferably to 280 ° C., to form oligomers and / or polymers. Depending on the temperature and time selected, the heating in step C) can then be partly or completely omitted. This variant is also the subject of the present invention.

段階D)での膜の処理は、温度0℃以上及び150℃未満、好ましくは10℃から120℃まで、特に室温(20℃)から90℃までの範囲の温度で、湿気又は水及び/又は水蒸気及び/又は85%までの濃度の含水リン酸の存在下に実施される。処理は、好ましくは、過圧下に実施されるが、過圧下に実施することもできる。十分な湿気の存在下に処理を行うのが重要であり、その結果、存在するポリリン酸は、部分的に加水分解されて、低分子量のポリリン酸及び/又はリン酸を形成し、このように、膜の補強に貢献する。   The treatment of the membrane in step D) is carried out at a temperature of 0 ° C. or more and less than 150 ° C., preferably at a temperature in the range from 10 ° C. to 120 ° C., in particular from room temperature (20 ° C.) to 90 ° C. It is carried out in the presence of water vapor and / or hydrous phosphoric acid at a concentration up to 85%. The treatment is preferably carried out under overpressure, but can also be carried out under overpressure. It is important to perform the treatment in the presence of sufficient moisture so that the polyphosphoric acid present is partially hydrolyzed to form low molecular weight polyphosphoric acid and / or phosphoric acid, thus Contributes to membrane reinforcement.

段階D)でのポリリン酸の部分的加水分解は、膜の補強をもたらし、かつ層厚さを減少させ、15〜3000μm、好ましくは20〜2000μm、特に20〜1500μmの厚さを有する自立性膜の形成をもたらす。段階B)からのポリリン酸層中に存在する分子内及び分子間構造(相互浸透性網状構造IPN)は、形成された膜の特別な性質の原因となるオーダーされた膜形成を、段階C)で生じる。   Partial hydrolysis of polyphosphoric acid in step D) results in membrane reinforcement and decreases the layer thickness, with a free-standing membrane having a thickness of 15 to 3000 μm, preferably 20 to 2000 μm, in particular 20 to 1500 μm. Resulting in the formation of. The intramolecular and intermolecular structures (interpenetrating network IPN) present in the polyphosphate layer from step B) are responsible for the ordered film formation which causes the special properties of the formed film, step C). It occurs in.

段階D)での処理の温度上限は、一般に150℃である。湿気、例えば過熱された蒸気、が、極めて短時間、膜に作用する時に、この蒸気は150℃より熱くなることもある。温度上限は、処理時間に関係する。   The upper temperature limit of the treatment in stage D) is generally 150 ° C. When moisture, such as superheated steam, acts on the membrane for a very short time, the steam can become hotter than 150 ° C. The upper temperature limit is related to the processing time.

部分的加水分解(段階D)は、限定された量の水分の存在下に加水分解を制御できる、温度−及び湿度−制御室中で実施することもできる。ここで、湿度は、温度を介する目標手段(targeted manner)で、設定できるか、又は膜が接触する環境、例えば気体、例えば空気、窒素、二酸化炭素又は他の好適な気体又は水蒸気、の飽和により、設定することができる。処理時間は、前に選択されたパラメーターに依存する。   Partial hydrolysis (stage D) can also be carried out in a temperature- and humidity-controlled room where the hydrolysis can be controlled in the presence of a limited amount of moisture. Here, the humidity can be set with a targeted means via temperature, or by saturation of the environment in contact with the membrane, for example a gas such as air, nitrogen, carbon dioxide or other suitable gas or water vapor. Can be set. The processing time depends on the parameters selected previously.

更に、処理時間は、膜の厚さに依存する。   Furthermore, the processing time depends on the thickness of the film.

処理時間は、一般に、例えば過熱蒸気の存在下で数秒から数分までであり、又は例えば空気中、室温及び低い相対大気湿度では数日までである。処理時間は、好ましくは、10秒から300時間まで、特に1分から200時間までの範囲である。   The treatment time is generally from a few seconds to a few minutes, for example in the presence of superheated steam, or up to several days, for example in air, at room temperature and low relative atmospheric humidity. The treatment time is preferably in the range from 10 seconds to 300 hours, in particular from 1 minute to 200 hours.

部分的加水分解を、相対大気湿度40〜80%の周囲空気を用いて、室温(20℃)で実施する場合には、処理時間は、1時間から200時間までである。   When partial hydrolysis is carried out at room temperature (20 ° C.) using ambient air with a relative atmospheric humidity of 40-80%, the treatment time is from 1 hour to 200 hours.

段階D)により得られた膜は、自立性にされており、即ち、損傷なく支持体から外すことができ、その後、所望の場合は、更に、直接に加工することができる。   The membrane obtained according to step D) has been made self-supporting, i.e. it can be removed from the support without damage and then further processed directly if desired.

リン酸の濃度、従って、ポリマー膜の伝導率は、加水分解の程度により、即ち、時間、温度及び周囲湿度により調節することができる。リン酸の濃度は、ポリマー中の反復単位のmol当たりの酸のmol数として記録される。段階A)からD)までを含む工程は特に高いリン酸濃度を有する膜を得ることを可能にする。10から50まで、特に12から40までの濃度(式(I)、例えばポリベンゾイミダゾールの反復単位当たりのリン酸のmol数)が有利である。そのようなドーピングの高い度合い(濃度)は、非常な困難を伴ってのみ達成できるが、もしそうならば、ポリアゾールに、市販のオルト−リン酸をドーピングすることによって達成することができる。   The concentration of phosphoric acid, and thus the conductivity of the polymer membrane, can be adjusted by the degree of hydrolysis, ie by time, temperature and ambient humidity. The concentration of phosphoric acid is recorded as the number of moles of acid per mole of repeating units in the polymer. The process comprising steps A) to D) makes it possible to obtain a membrane with a particularly high phosphoric acid concentration. Concentrations of 10 to 50, in particular 12 to 40 (formula (I), for example, mol of phosphoric acid per repeating unit of polybenzimidazole) are advantageous. Such a high degree of doping (concentration) can only be achieved with great difficulty, but if so, it can be achieved by doping polyazoles with commercially available ortho-phosphate.

段階D)による処理に引き続いて、膜を、更に、表面上で、大気酸素の存在下に、熱の作用により、架橋させることができる。膜表面のこの硬化は、膜の性質を追加的に改良する。   Subsequent to the treatment according to step D), the membrane can be further crosslinked on the surface by the action of heat in the presence of atmospheric oxygen. This hardening of the membrane surface additionally improves the properties of the membrane.

架橋は、IR又はNIR(IR=赤外線、即ち700nmより長い波長を有する光;NIR=近赤外線、即ち約700から2000nmまでの範囲の波長、又は約0.6から1.75eVまでの範囲のエネルギーを有する光)の作用により実施することもできる。もう1つの方法は、β線を用いる照射である。放射線量は、この場合は、5から200kGyまでの範囲にある。   Crosslinking is IR or NIR (IR = infrared, ie light having a wavelength longer than 700 nm; NIR = near infrared, ie wavelength in the range from about 700 to 2000 nm, or energy in the range from about 0.6 to 1.75 eV. It can also be carried out by the action of light). Another method is irradiation using β rays. The radiation dose is in this case in the range from 5 to 200 kGy.

ドープされたポリアゾールフィルムが、ポリリン酸の使用により製造される前記工程の変法では、これらのフィルムは、以下の段階、
1)融液中、350℃まで、有利に300℃までの温度での、芳香族テトラアミノ化合物1つ以上と、カルボン酸モノマー当たり少なくとも2つの酸基を含有する芳香族カルボン酸又はそのエステル1つ以上との反応、又は芳香族及び/又はへテロ芳香族ジアミノカルボン酸1つ以上の反応、
2)段階1)で得られた固体プレポリマーのポリリン酸への溶解、
3)段階2)の方法により得られた溶液を、不活性ガス下に、温度300℃まで、有利に280℃まで加熱して、溶解ポリアゾールポリマーの形成、
4)段階3)からのポリアゾールポリマーの溶液を使用して、支持体上に膜の形成、
5)段階4)で形成された膜が自立するまでの処理、
を含む工程により製造することもできる。
In a variation of the above process where doped polyazole films are produced by the use of polyphosphoric acid, these films comprise the following steps:
1) One or more aromatic tetraamino compounds and an aromatic carboxylic acid or ester 1 thereof containing at least two acid groups per carboxylic acid monomer at temperatures up to 350 ° C., preferably up to 300 ° C., in the melt. Reaction with one or more, or reaction with one or more aromatic and / or heteroaromatic diaminocarboxylic acids,
2) Dissolution of the solid prepolymer obtained in step 1) in polyphosphoric acid,
3) The solution obtained by the method of step 2) is heated under inert gas to a temperature of 300 ° C., preferably 280 ° C. to form a dissolved polyazole polymer,
4) Forming a membrane on the support using the solution of the polyazole polymer from step 3)
5) Treatment until the film formed in step 4) becomes self-supporting,
It can also be manufactured by a process including

前記1)〜5)に提示された工程段階は、特に好ましい態様に関して、この明細書の段階A)〜D)についての説明で詳細に記載されている。   The process steps presented in 1) to 5) above are described in detail in the description of steps A) to D) of this specification with respect to particularly preferred embodiments.

ポリアゾールフィルムは、酸のドーピングの前又は後に、プラズマ重合イオン伝導性層を備えることができる。しかしながら、プラズマ重合は、好ましくは、ドーピングの後に実施される。   The polyazole film can be provided with a plasma polymerized ion conductive layer before or after acid doping. However, plasma polymerization is preferably performed after doping.

ポリアゾールフィルムに、本発明により、プラズマ重合イオン伝導性電解質膜である層を施すことができる。この層は、酸の洗い出し(washing−out)を防止するので、バリア層と呼ぶこともできる。   According to the present invention, a layer that is a plasma polymerization ion conductive electrolyte membrane can be applied to a polyazole film. This layer can also be called a barrier layer because it prevents acid washing-out.

過電圧が著しく減じられるので、バリア層は、ポリマー電解質膜の陰極側に位置するのが有利であると判明した。   It has been found that the barrier layer is advantageously located on the cathode side of the polymer electrolyte membrane, since the overvoltage is significantly reduced.

更に、ポリアゾールフィルムの両側に、本発明による層を備えることも可能である。このことはサンドイッチ様構造を与え、この構造では、酸がドープされていてよいポリアゾールフィルムが、中間層を形成すると同時に、本発明のプラズマ工程により得ることのできる層がその外側に位置する。   It is also possible to provide a layer according to the invention on both sides of the polyazole film. This gives a sandwich-like structure, in which the polyazole film, which can be doped with acid, forms the intermediate layer, while at the same time the layer obtainable by the plasma process of the invention is located on the outside.

プラズマ重合を実施する方法は、当業者に公知であり、例えば前記文献に開示されている。プラズマ重合を実施する情報は、Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistryに、CDROM、第5版にも発見でき、キーワードは、Plastics,Processing,Coating Processesであり、さらに、Boing,H.,Plasma Science and Technology,Carl Hanser Verlag,Munich 1982に見つけることができる。   Methods for carrying out plasma polymerization are known to those skilled in the art and are disclosed, for example, in the literature. Information on performing plasma polymerization can also be found in CDROM, 5th edition in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, keywords are Plastics, Processing, Coating Processes, and Boing, H., et al. , Plasma Science and Technology, Carl Hanser Verlag, Munich 1982.

本発明の目的のために、用語「プラズマ」は、特にイオン化ガスを示す。プラズマは、電磁波を用いてガスを励起させることにより製造することができる。照射は、連続又はパルスで行うことができる。更に、プラズマ発生のために、DC又はAC電圧源を使用することができる。プラズマ発生装置は、例えばGaLa Gabler Labor Instrumente GmbHから市販されているものを得ることができる。   For the purposes of the present invention, the term “plasma” refers specifically to an ionized gas. Plasma can be produced by exciting a gas using electromagnetic waves. Irradiation can be continuous or pulsed. In addition, a DC or AC voltage source can be used for plasma generation. The plasma generator can obtain what is marketed, for example from GaLa Gabler Laboratorum GmbH.

プラズマ重合は、方法に依存して、圧力0.001〜1000Pa、有利に0.1〜100Paかつ特に有利に1〜50Paで、実施することができる。プラズマコーティングの間の温度は、好ましくは、0℃〜300℃、更に有利に5〜250℃の範囲であるが、これに限定はされない。   Depending on the process, the plasma polymerization can be carried out at a pressure of 0.001 to 1000 Pa, preferably 0.1 to 100 Pa and particularly preferably 1 to 50 Pa. The temperature during plasma coating is preferably in the range of 0 ° C. to 300 ° C., more advantageously 5 to 250 ° C., but is not limited thereto.

プラズマコーティングのために使用される前駆体は、水とマトリックス形成成分とを含む。マトリックス形成成分は、特に、不飽和有機化合物を含む。これらは、特に、アルケン、特にエチレン、プロピレン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、ビニルシクロヘキサン、3,3−ジメチル−1−プロペン、3−メチル−1−ジイソブチレン、4−メチル−1−ペンテン;アルキン、特にエチン、プロピン、ブチン、1−ヘキシン;酸基を含有するビニル化合物、特にビニルホスホン酸、ビニルスルホン酸、アクリル酸及びメタクリル酸;塩基性基を含有するビニル化合物、特にビニルピリジン、3−ビニルピリジン、2−メチル−5−ビニルピリジン、3−エチル−4−ビニルピリジン、2,3−ジメチル−5−ビニルピリジン、N−ビニルピロリドン、2−ビニルピロリドン、N−ビニルピロリジン及び3−ビニルピロリジン;フッ素化アルケン、特にモノフルオロエチレン、ジフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、ペンタフルオロプロピレン、トリフルオロプロピレン、ヘキサフルオロイソブチレン、トリフルオロビニルスルホン酸、トリフルオロビニルホスホン酸及びペルフルオロ(ビニルメチルエーテル)を含む。   The precursor used for plasma coating includes water and a matrix forming component. The matrix-forming component comprises in particular an unsaturated organic compound. These are in particular alkenes, in particular ethylene, propylene, 1-hexene, 1-heptene, vinylcyclohexane, 3,3-dimethyl-1-propene, 3-methyl-1-diisobutylene, 4-methyl-1-pentene; Alkynes, especially ethyne, propyne, butyne, 1-hexyne; vinyl compounds containing acid groups, especially vinylphosphonic acid, vinylsulfonic acid, acrylic acid and methacrylic acid; vinyl compounds containing basic groups, especially vinylpyridine, 3 -Vinylpyridine, 2-methyl-5-vinylpyridine, 3-ethyl-4-vinylpyridine, 2,3-dimethyl-5-vinylpyridine, N-vinylpyrrolidone, 2-vinylpyrrolidone, N-vinylpyrrolidine and 3- Vinylpyrrolidine; fluorinated alkenes, especially monofluoroethylene, difluoroethylene Includes trifluoroethylene, tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, hexafluoropropylene, trifluoro propylene, hexafluoroisobutylene, trifluorovinyl sulfonic acid, trifluoroacetic vinyl phosphonic acid and perfluoro (vinyl methyl ether).

前記化合物は、個々に又は混合物として使用することができる。   The compounds can be used individually or as a mixture.

マトリックス形成成分の割合は、一般に、プラズマコーティングのために使用されるガス混合物に基づいて、1〜99重量%、有利に50〜99重量%、特に有利に60〜99重量%である。   The proportion of matrix-forming components is generally from 1 to 99% by weight, preferably from 50 to 99% by weight, particularly preferably from 60 to 99% by weight, based on the gas mixture used for plasma coating.

水の割合は、一般に、プラズマコーティングのために使用されるガス混合物に基づいて、1〜99重量%、有利に1〜50重量%、特に有利に1〜40重量%である。   The proportion of water is generally from 1 to 99% by weight, preferably from 1 to 50% by weight, particularly preferably from 1 to 40% by weight, based on the gas mixture used for the plasma coating.

ガス混合物は更に不活性キャリアガスを含んでもよい。そのようなガスは、例えば希ガス、例えばヘリウム及びネオンを含む。   The gas mixture may further comprise an inert carrier gas. Such gases include, for example, noble gases such as helium and neon.

プラズマ重合のために使用されるガス混合物の成分は、コーティング室へ導入する前に、混合してよい。他の選択として、種々の化合物を別々に室に導入することもできる。   The components of the gas mixture used for plasma polymerization may be mixed before being introduced into the coating chamber. As another option, the various compounds can be introduced separately into the chamber.

処理時間は、広い範囲で変化させることができる。ドープされていてもよいポリアゾールフィルムは、好ましくは、プラズマ条件下で、10秒から10時間まで、好ましくは1分から1時間までの間、被覆される。   The processing time can be varied within a wide range. The optionally doped polyazole film is preferably coated under plasma conditions for 10 seconds to 10 hours, preferably 1 minute to 1 hour.

真空室中へのガスの流速、プラズマ発生のために使用されるエネルギー及び他の工程パラメーターは、広い範囲で変えることができ、使用される工程に慣例であるパラメーターを選択することができる。そのようなパラメータについての情報は、一般に、各装置についての操作説明書中にみつけることができる。   The flow rate of the gas into the vacuum chamber, the energy used for plasma generation and other process parameters can be varied within a wide range and parameters customary for the process used can be selected. Information about such parameters can generally be found in the operating instructions for each device.

本発明によるコーティングを製造するための有利な工程は、電力を連続的に導入するプラズマ重合及びプラズマインパルス化学的蒸着工程(PICVD)の両方を含む。   Advantageous processes for producing the coating according to the invention include both plasma polymerization and plasma impulse chemical vapor deposition process (PICVD) in which power is continuously introduced.

PICVD工程は、例えば、Journal of the Ceramic Society of Japan,99(10),894〜902(1991)中に記載されており、曲面のコーティングも開示されていた(WO95/26427参照)。   The PICVD process is described in, for example, Journal of the Ceramic Society of Japan, 99 (10), 894 to 902 (1991), and curved surface coating has also been disclosed (see WO95 / 26427).

PICVD工程では、プラズマを励起する電磁波は、一般にパルスで適用され、他方、コーティングガスは、コーティング室を連続的に流れるので、薄層(代表的には約1nm、単層領域)が、各インパルスで支持体上に析出する。各電力インパルスの後、休止が入り、その結果、高いコーティング率が、支持体の感知しうる熱応力も無く得ることができる。電力インパルスの振幅と持続時間及びインパルスとインパルスとの間の休止の持続時間は、層の生成のために特に厳密である。PICVD工程では、インパルス振幅は電力の尺度である。これは、インパルス電力に相当し、即ち、インパルス期間のジェネレーターの電圧と電流の積に相当する。実際にプラズマに従事する電力の割合は、複数のパラメーター、例えばインパルス放出成分の大きさ及びリアクターの寸法に依存する。   In the PICVD process, the electromagnetic waves that excite the plasma are typically applied in pulses, while the coating gas flows continuously through the coating chamber, so that a thin layer (typically about 1 nm, a single layer region) is applied to each impulse. To deposit on the support. After each power impulse there is a pause, so that a high coating rate can be obtained without any appreciable thermal stress of the support. The amplitude and duration of the power impulse and the duration of the pause between impulses are particularly strict for the generation of the layer. In the PICVD process, impulse amplitude is a measure of power. This corresponds to the impulse power, that is, the product of the voltage and current of the generator during the impulse period. The percentage of power actually engaged in the plasma depends on several parameters, such as the magnitude of the impulse emission component and the dimensions of the reactor.

インパルス振幅に依存して、
a)種々の励起及び反応が、各ガスに特有であるしきい値以上のプラズマ中で生じ、
b)プラズマゾーンの種々の厚さが設定される。
Depending on the impulse amplitude,
a) Various excitations and reactions occur in the plasma above the threshold characteristic of each gas,
b) Various thicknesses of the plasma zone are set.

PICVD工程を使用する場合には、異なる組成の元素層(単層)が、インパルス振幅の適切な選択により、インパルス毎に析出しうる。これは、特に、インパルス間の休止を適切に選択して、各インパルスで、例えば新規ガスからのオフガスの明確な分離により、同一のガス組成が存在することにより達成される。同様の結果は、慣用のPCVD工程を使用する際には不可能である。   When using the PICVD process, elemental layers (single layers) of different compositions can be deposited from impulse to impulse by appropriate selection of impulse amplitude. This is achieved in particular by the fact that the same gas composition is present at each impulse, for example by a clear separation of the off-gas from the new gas, with a suitable selection of the pause between the impulses. Similar results are not possible when using conventional PCVD processes.

以下の範囲の電力パラメーターが特に有利である:
インパルス持続時間:0.01〜10ミリ秒、特に0.1〜2ミリ秒;
インパルス間の休止:1〜1000ミリ秒、特に5〜500ミリ秒
インパルス振幅:10〜100000ワット
The following range of power parameters is particularly advantageous:
Impulse duration: 0.01 to 10 milliseconds, especially 0.1 to 2 milliseconds;
Pause between impulses: 1-1000 milliseconds, especially 5-500 milliseconds Impulse amplitude: 10-100,000 Watts

PICVD工程は、50kHz及び300GHzからの周波数、特に有利に13.56MHz及び2.45GHzからの周波数を有するAC電圧インパルスを使用して実施する。   The PICVD process is carried out using AC voltage impulses with frequencies from 50 kHz and 300 GHz, particularly preferably with frequencies from 13.56 MHz and 2.45 GHz.

PICVD工程でのガスの流速は、一般に、インパルスの期間、ガスが静止していると見なしうるように選択される。従って、マスフローは、一般に、1〜200標準(standard)cm3/分の範囲、好ましくは5〜100標準cm3/分の範囲にある。 The gas flow rate in the PICVD process is generally selected such that the gas can be considered stationary for the duration of the impulse. Accordingly, mass flow is generally in the range of 1 to 200 standard cm 3 / min, preferably in the range of 5 to 100 standard cm 3 / min.

プラズマ重合イオン伝導性層の固有の伝導率は、プラズマ中のマトリックス形成成分と水との混合比に依存して、80℃で、0.001S/cm〜0.3S/cmの範囲であるが、これに限定はされない。これらの値の測定は、誘電性支持体上に析出されたプラズマ重合層を用いて、インピーダンス分光法による単純な方法で実施され、測定技術に依存して、2又は4つの電極、好ましくは薄膜技術を使用して析出された白金又は金電極、が、予め適用された。温度依存性の伝導率測定は、例えば測定すべき層の中間付近に位置する熱センサーによる温度調整を備えたホットプレートにより標本を加熱するか、又はオーブン中の好適な測定セルで標本を加熱することにより実施する。   The intrinsic conductivity of the plasma polymerized ion conductive layer is in the range of 0.001 S / cm to 0.3 S / cm at 80 ° C. depending on the mixing ratio of the matrix-forming component and water in the plasma. However, this is not a limitation. The measurement of these values is carried out in a simple manner by impedance spectroscopy using a plasma polymerized layer deposited on a dielectric support, depending on the measurement technique, 2 or 4 electrodes, preferably a thin film A platinum or gold electrode deposited using the technique was previously applied. Temperature-dependent conductivity measurements can be done by heating the specimen, for example, with a hot plate with temperature adjustment by means of a thermal sensor located near the middle of the layer to be measured, or heating the specimen with a suitable measuring cell in an oven To implement.

その製造工程及びその結果生じた高度の架橋のために、プラズマ重合イオン伝導性層は、高い安定性を有する。老化及び安定試験は、例えば、100℃〜500℃の温度範囲に加熱することにより実施することができる。例えば赤外線分光法によるプラズマ重合層の構造の検査は、加熱の結果として生じる構造変化を顧慮し、従ってこれらの層の安定性を顧慮して、結論を引き出すことを可能にする。   Due to its manufacturing process and the resulting high degree of crosslinking, the plasma polymerized ion conducting layer has a high stability. The aging and stability test can be performed, for example, by heating to a temperature range of 100 ° C to 500 ° C. Examination of the structure of the plasma polymerized layers, for example by infrared spectroscopy, allows to draw conclusions taking into account the structural changes that occur as a result of heating and thus taking into account the stability of these layers.

プラズマ重合により得られる層を備えたポリアゾール膜は、広い温度範囲にわたり、意想外にも高い伝導率を示す。従って、本発明により得られる膜は、0℃〜50℃の範囲の低温及び120℃以上の高温の両方で、意想外にも高い伝導率を示す。   A polyazole film provided with a layer obtained by plasma polymerization exhibits an unexpectedly high conductivity over a wide temperature range. Therefore, the film obtained by the present invention exhibits unexpectedly high conductivity both at a low temperature in the range of 0 ° C. to 50 ° C. and at a high temperature of 120 ° C. or higher.

本発明の特別な構成により、プラズマ重合により得られ、酸がドープされた層を備えたポリアゾール膜は、120℃で、少なくとも0.005S/cm、特に少なくとも0.01S/cm、特に有利に少なくとも0.02S/cmの高い伝導率を有するが、これらに限定はされない。これらの値はインピーダンス分光法を使用して決定する。   According to a special configuration of the invention, a polyazole film obtained by plasma polymerization and comprising an acid doped layer is at least 0.005 S / cm, in particular at least 0.01 S / cm, particularly preferably at least at 120 ° C. It has a high conductivity of 0.02 S / cm, but is not limited thereto. These values are determined using impedance spectroscopy.

導電率は、白金電極(ワイヤ、直径0.25mm)を使用し、定電圧モードでの4極配置のインピーダンス分光法により、測定することができる。電流収集電極間の距離は、2cmである。得られたスペクトルは、オーム抵抗及び静電容量の平行配置からなる単純モデルにより評価される。リン酸がドープされた膜の標本断面積は、標本を取り付ける直前に測定される。温度依存性を測定するために、測定セルをオーブン中で所定温度にし、温度は、標本の直ぐ近くに位置するPt−100抵抗温度計により調整される。温度が到達した後、標本をこの温度で10分間保持し、その後、測定を開始した。   The conductivity can be measured by impedance spectroscopy with a four-pole arrangement in a constant voltage mode using a platinum electrode (wire, diameter 0.25 mm). The distance between the current collecting electrodes is 2 cm. The resulting spectrum is evaluated by a simple model consisting of a parallel arrangement of ohmic resistance and capacitance. The specimen cross-sectional area of the membrane doped with phosphoric acid is measured immediately before attaching the specimen. In order to measure the temperature dependence, the measuring cell is brought to a predetermined temperature in the oven, and the temperature is adjusted by a Pt-100 resistance thermometer located in the immediate vicinity of the specimen. After the temperature reached, the specimen was held at this temperature for 10 minutes, after which the measurement was started.

更に、ポリアゾールフィルム中に存在する酸は、本発明によるコーティングにより、驚くばかりにフィルム中に保持されるので、酸は、低温での操作で、洗い流されることはない。   Furthermore, the acid present in the polyazole film is surprisingly retained in the film by the coating according to the invention, so that the acid is not washed away by operation at low temperatures.

例えば、リン酸がドープされた膜の場合、本発明によるプラズマ重合により得られる層のバリア作用の測定は、以下のようにして実施することができる。   For example, in the case of a film doped with phosphoric acid, the barrier action of the layer obtained by plasma polymerization according to the present invention can be measured as follows.

バリア作用は、時間の関数としての水のpHの変化により、簡単な方法で測定される。これは、本発明によるプラズマ重合層により隔てられた2つの室を含む測定セルを使用して、実施される。測定される水及びpH電極は1つの室中に位置させ、他方、公知濃度の溶液、好ましくはリン酸溶液、又はプラズマ重合層と直接に接触するリン酸がドープされたポリアゾール膜は、他の室に置く。   The barrier action is measured in a simple way by the change in the pH of the water as a function of time. This is carried out using a measuring cell comprising two chambers separated by a plasma polymerization layer according to the invention. The water and pH electrodes to be measured are located in one chamber, while a solution of known concentration, preferably a phosphoric acid solution, or a polyazole membrane doped with phosphoric acid in direct contact with the plasma polymerized layer, Put it in the room.

2つの室を隔てるために、本発明によるプラズマ重合層が、好ましくは、多孔性支持体、例えば多孔性フィルム又は多孔性セラミック、上に析出させられる。測定セルの2つの室を分離し、かつ支持体上のプラズマ重合層の限定表面領域に両側からアクセスできるようにする好適なホルダーの中に、この被覆支持体を置く。   In order to separate the two chambers, the plasma polymerized layer according to the invention is preferably deposited on a porous support, such as a porous film or a porous ceramic. The coated support is placed in a suitable holder that separates the two chambers of the measuring cell and allows access to the limited surface area of the plasma polymerized layer on the support from both sides.

更に、本発明により被覆され、酸をドープされたポリアゾール膜は非常に低い過電圧を示す。この特性は、操作の長期期間及び多数の起動サイクルにわたってすら保持される。   Furthermore, polyazole films coated according to the invention and doped with acid exhibit very low overvoltages. This property is retained even over long periods of operation and multiple start-up cycles.

更に、本発明によるコーティングが施されたポリアゾール膜は、低温及び高温の両方での操作で観察される意想外に高い耐久性を示す。   Furthermore, the polyazole film coated with the present invention exhibits an unexpectedly high durability observed when operating at both low and high temperatures.

本発明は、本発明による、少なくとも1つのポリアゾールを基礎とするポリマー膜を含む膜電極ユニットも提供する。   The invention also provides a membrane electrode unit comprising a polymer membrane based on at least one polyazole according to the invention.

膜電極ユニットに関するその他の情報は、専門的文献、特に特許、US−A−4191618、US−A−4212714及びUS−A−4333805にみることができる。前記参考文献[US−A−4191618、US−A−4212714及びUS−A−4333805]中で選択される膜電極ユニットの構造及び製造、また、電極、ガス拡散層及び触媒に関する開示は、これによって本明細書中に参考として組み入れられている。   Other information regarding membrane electrode units can be found in the technical literature, in particular in patents, US-A-4191618, US-A-4221714 and US-A-4333805. The structure and manufacture of the membrane electrode unit selected in the above references [US-A-4191618, US-A-4221714 and US-A-4333805] and also the disclosure regarding electrodes, gas diffusion layers and catalysts This is incorporated herein by reference.

もう1つの変法では、触媒的活性層を、本発明の膜に適用でき、これは、ガス拡散層に結合することができる。   In another variation, a catalytically active layer can be applied to the membrane of the present invention, which can be coupled to a gas diffusion layer.

本発明は、同様に、本発明によるポリマー膜少なくとも1つを、所望の場合は、ポリアゾールを基礎とするもう1つのポリマー膜又はポリマーブレンド膜と組み合わせて、含む膜電極を提供する。   The invention likewise provides a membrane electrode comprising at least one polymer membrane according to the invention, if desired in combination with another polymer membrane or polymer blend membrane based on polyazole.

ポリアゾール膜を含むMEUsの利点は、これが燃料電池を温度120℃以上で操作することを可能にすることである。気体及び液体燃料、例えば、水素含有ガス、を使用して、これを燃料電池に適用し、この水素含有ガスは、例えば、前段改質段階で炭化水素から製造される。酸化剤として、例えば酸素又は空気を使用することが可能である。   An advantage of MEUs that include polyazole membranes is that this allows fuel cells to be operated at temperatures above 120 ° C. Gaseous and liquid fuels, such as hydrogen-containing gases, are used and applied to fuel cells, which are produced from hydrocarbons, for example, in a prior reforming stage. For example, oxygen or air can be used as the oxidizing agent.

ポリアゾール膜を含むMEUsのもう1つの利点は、120℃以上での操作において、純粋白金触媒(即ち、他の合金成分不含)を使用する時ですら、一酸化炭素に対し高い耐性を示すことである。160℃の温度で、例えば、1%より多くのCOが、燃料ガス中に存在し得るが、これは、燃料電池の性能を感知できるほどに減じはしない。   Another advantage of MEUs containing polyazole membranes is that they are highly resistant to carbon monoxide even when using pure platinum catalysts (ie, without other alloying components) in operation above 120 ° C. It is. At a temperature of 160 ° C., for example, more than 1% CO may be present in the fuel gas, but this does not reduce the fuel cell performance appreciably.

ドープされたポリアゾールフィルムを含むMEUsは、可能である高い操作温度にもかかわらず、湿らせるべき燃料ガス及び酸化剤無しで、燃料電池に使用することができる。それにもかかわらず、燃料電池は、安定様式で作業し、膜はその伝導性を失わない。このことは、水回路が簡易化されるので、全燃料電池系を簡単にし、かつ補足的な費用を節約する。その上、これは、また、0℃以下の温度で燃料電池系の性能を改良する。   MEUs containing doped polyazole films can be used in fuel cells without the fuel gas and oxidant to be moistened, despite the high operating temperatures possible. Nevertheless, the fuel cell operates in a stable manner and the membrane does not lose its conductivity. This simplifies the entire fuel cell system and saves additional costs because the water circuit is simplified. Moreover, this also improves the performance of the fuel cell system at temperatures below 0 ° C.

ドープされたポリアゾールフィルムを含むMEUsは、意想外にも燃料電池を室温以下まで、問題無しに冷却することを可能にし、ついで性能を劣化させずに運転を再開させることができる。対照的に、リン酸に基づく慣用の燃料電池では、不可逆の損傷を避けるために、燃料電池系を停止させている時ですら、常に80℃以上の温度に保たねばならない。   Surprisingly, MEUs including doped polyazole films can allow the fuel cell to cool to room temperature and below without problems and then resume operation without degrading performance. In contrast, conventional fuel cells based on phosphoric acid must always be kept at a temperature above 80 ° C. even when the fuel cell system is shut down to avoid irreversible damage.

更に、ポリアゾール膜を含むMEUsは、非常に高い長期安定性を有する。本発明による燃料電池は、乾燥反応ガスを使用して、120℃以上の温度で、長期間、例えば1000時間より長く、好ましくは2000時間より長く、特に好ましくは5000時間より長く、連続的に運転でき、性能に感知できる劣化は観察されないことが判明した。これらの条件下で得られる出力密度は、そのような長時間の後ですら非常に高いままである。   Furthermore, MEUs including polyazole membranes have very high long-term stability. The fuel cell according to the invention operates continuously at a temperature of 120 ° C. or higher for a long period of time, for example longer than 1000 hours, preferably longer than 2000 hours, particularly preferably longer than 5000 hours, using a dry reaction gas. It was found that no appreciable degradation in performance was observed. The power density obtained under these conditions remains very high even after such a long time.

Claims (18)

プラズマ重合イオン伝導性電解質膜の製造方法において、該プラズマ重合イオン伝導性電解質膜が、マトリックス形成成分、好ましくは炭化水素化合物又はフッ素化炭化水素化合物、および、水のプラズマ補助共重合により製造されることを特徴とする、製造方法。   In the method for producing a plasma polymerized ion conductive electrolyte membrane, the plasma polymerized ion conductive electrolyte membrane is produced by plasma assisted copolymerization of a matrix forming component, preferably a hydrocarbon compound or a fluorinated hydrocarbon compound, and water. The manufacturing method characterized by the above-mentioned. 前記マトリックス形成成分のために使用される前駆体は、フッ素化アルケン、好ましくはテトラフルオロエチレンであることを特徴とする、請求項1記載のプラズマ重合イオン伝導性電解質膜の製造方法。   2. A method for producing a plasma polymerized ion conducting electrolyte membrane according to claim 1, characterized in that the precursor used for the matrix-forming component is a fluorinated alkene, preferably tetrafluoroethylene. 前記マトリックス形成成分のために使用される前駆体は、アルケン、好ましくはエチレンであることを特徴とする、請求項1記載のプラズマ重合イオン伝導性電解質膜の製造方法。   2. A method for producing a plasma polymerized ion conducting electrolyte membrane according to claim 1, characterized in that the precursor used for the matrix-forming component is an alkene, preferably ethylene. 前記マトリックス形成成分のために使用される前駆体は、アルキン、好ましくはアセチレンであることを特徴とする、請求項1記載のプラズマ重合イオン伝導性電解質膜の製造方法。   2. A method for producing a plasma polymerized ion conducting electrolyte membrane according to claim 1, characterized in that the precursor used for the matrix-forming component is an alkyne, preferably acetylene. 平行板プラズマリアクター中で層が析出されることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項記載のプラズマ重合イオン伝導性電解質膜の製造方法。   The method for producing a plasma-polymerized ion-conducting electrolyte membrane according to any one of claims 1 to 4, wherein the layer is deposited in a parallel plate plasma reactor. 膜を形成するコーティングは、支持体定置で実施されることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項記載のプラズマ重合イオン伝導性電解質膜の製造方法。   The method for producing a plasma-polymerized ion-conducting electrolyte membrane according to any one of claims 1 to 5, wherein the coating for forming the membrane is carried out by placing the support on a support. 膜を形成するコーティングは、支持体をコーティング室に通過させる方法で実施されることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項記載のプラズマ重合イオン伝導性電解質膜の製造方法。   The method for producing a plasma-polymerized ion-conducting electrolyte membrane according to any one of claims 1 to 5, wherein the coating for forming the membrane is performed by a method in which a support is passed through a coating chamber. 請求項1〜7のいずれか1項記載の方法により製造されたプラズマ重合イオン伝導性電解質膜を有する燃料電池の使用方法。   The usage method of the fuel cell which has a plasma polymerization ion conductive electrolyte membrane manufactured by the method of any one of Claims 1-7. 請求項1〜7のいずれか1項記載の方法により製造されたプラズマ重合イオン伝導性電解質膜の、プラズマ重合により製造されなかったポリマー電解質膜上への、気体又は液体の透過を防止する薄いバリア層としての使用方法。   A thin barrier for preventing permeation of a gas or liquid on a polymer electrolyte membrane not produced by plasma polymerization of the plasma polymerized ion conductive electrolyte membrane produced by the method according to any one of claims 1 to 7. Usage as a layer. 請求項1〜7のいずれか1項記載の方法により製造されたプラズマ重合イオン伝導性電解質膜の、電解槽への使用方法。   The usage method for the electrolytic cell of the plasma polymerization ion conductive electrolyte membrane manufactured by the method of any one of Claims 1-7. ポリアゾールフィルムは、請求項1〜7のいずれか1項記載の製造方法により得られるプラズマ重合イオン伝導性層で被覆されることを特徴とする、プラズマ被覆ポリアゾール膜。   A plasma-coated polyazole film, wherein the polyazole film is coated with a plasma-polymerized ion conductive layer obtained by the production method according to claim 1. 前記ポリアゾールフィルムは、酸がドープされていることを特徴とする、請求項11記載のポリアゾール膜。   The polyazole film according to claim 11, wherein the polyazole film is doped with an acid. ドーピングの程度は、3〜15の範囲であることを特徴とする、請求項12記載のポリアゾール膜。   The polyazole film according to claim 12, wherein the degree of doping is in the range of 3-15. 前記プラズマ重合イオン伝導性層は、10mmから20μmまでの範囲の厚さを有することを特徴とする、請求項11〜13のいずれか1項記載のポリアゾール膜。   The polyazole film according to claim 11, wherein the plasma-polymerized ion conductive layer has a thickness in a range of 10 mm to 20 μm. 前記ポリアゾールフィルムは、式(I)、(II)、(III)、(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)、(IX)、(X)、(XI)、(XII)、(XIII)、(XIV)、(XV)、(XVI)、(XVII)、(XVIII)、(XIX)、(XX)、(XXI)及び(XXII)からなる群より選ばれる少なくとも1以上:
Figure 2005520001
Figure 2005520001
Figure 2005520001
Figure 2005520001
[式中、Arは、同じか又は異なるものであり、それぞれ、単環式又は多環式であってよい4価の芳香族又はヘテロ芳香族基であり、
Ar1は、同じか又は異なるものであり、それぞれ、単環式又は多環式であってよい2価の芳香族又はヘテロ芳香族基であり、
Ar2は、同じか又は異なるものであり、それぞれ、単環式又は多環式であってよい2価又は3価の芳香族又はヘテロ芳香族基であり、
Ar3は、同じか又は異なるものであり、それぞれ、単環式又は多環式であってよい3価の芳香族又はヘテロ芳香族基であり、
Ar4は、同じか又は異なるものであり、それぞれ、単環式又は多環式であってよい3価の芳香族又はヘテロ芳香族基であり、
Ar5は、同じか又は異なるものであり、それぞれ、単環式又は多環式であってよい4価の芳香族又はヘテロ芳香族基であり、
Ar6は、同じか又は異なるものであり、それぞれ、単環式又は多環式であってよい2価の芳香族又はヘテロ芳香族基であり、
Ar7は、同じか又は異なるものであり、それぞれ、単環式又は多環式であってよい2価の芳香族又はヘテロ芳香族基であり、
Ar8は、同じか又は異なるものであり、それぞれ、単環式又は多環式であってよい3価の芳香族又はヘテロ芳香族基であり、
Ar9は、同じか又は異なるものであり、それぞれ、単環式又は多環式であってよい2価又は3価又は4価の芳香族又はヘテロ芳香族基であり、
Ar10は、同じか又は異なるものであり、それぞれ、単環式又は多環式であってよい2価又は3価の芳香族又はヘテロ芳香族基であり、
Ar11は、同じか又は異なるものであり、それぞれ、単環式又は多環式であってよい2価の芳香族又はヘテロ芳香族基であり、
Xは、同じか又は異なるものであり、それぞれ、酸素、硫黄、又は水素原子を有するアミノ基、炭素原子1〜20個を有する基、好ましくは分枝又は分枝していないアルキル又はアルコキシ基又はもう1つの基としてのアリール基であり、
Rは、同じか又は異なるものであり、それぞれ、水素、アルキル基又は芳香族基であり、かつ
n、mは、それぞれ、10以上の整数、好ましくは100以上の整数である]
のアゾール単位の繰り返しを含むポリマーを含むことを特徴とする、請求項11〜14のいずれか1項記載のポリアゾール膜。
The polyazole film has the formula (I), (II), (III), (IV), (V), (VI), (VII), (VIII), (IX), (X), (XI) , (XII), (XIII), (XIV), (XV), (XVI), (XVII), (XVIII), (XIX), (XX), (XXI) and (XXII) At least one or more:
Figure 2005520001
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Wherein Ar is the same or different and each is a tetravalent aromatic or heteroaromatic group that may be monocyclic or polycyclic;
Ar 1 is the same or different and each is a divalent aromatic or heteroaromatic group that may be monocyclic or polycyclic;
Ar 2 is the same or different and each is a divalent or trivalent aromatic or heteroaromatic group that may be monocyclic or polycyclic;
Ar 3 is the same or different and each is a trivalent aromatic or heteroaromatic group that may be monocyclic or polycyclic;
Ar 4 is the same or different and each is a trivalent aromatic or heteroaromatic group that may be monocyclic or polycyclic;
Ar 5 is the same or different and each is a tetravalent aromatic or heteroaromatic group that may be monocyclic or polycyclic;
Ar 6 is the same or different and each is a divalent aromatic or heteroaromatic group that may be monocyclic or polycyclic;
Ar 7 is the same or different and each is a divalent aromatic or heteroaromatic group that may be monocyclic or polycyclic;
Ar 8 is the same or different and each is a trivalent aromatic or heteroaromatic group that may be monocyclic or polycyclic;
Ar 9 is the same or different and each is a divalent, trivalent or tetravalent aromatic or heteroaromatic group which may be monocyclic or polycyclic;
Ar 10 are the same or different and are each a divalent or trivalent aromatic or heteroaromatic group that may be monocyclic or polycyclic,
Ar 11 is the same or different and each is a divalent aromatic or heteroaromatic group that may be monocyclic or polycyclic;
X is the same or different and each is an amino group having an oxygen, sulfur or hydrogen atom, a group having 1 to 20 carbon atoms, preferably a branched or unbranched alkyl or alkoxy group, or An aryl group as another group,
R is the same or different, and each is hydrogen, an alkyl group or an aromatic group, and n and m are each an integer of 10 or more, preferably an integer of 100 or more.
15. The polyazole film according to claim 11, comprising a polymer containing repeating azole units.
前記ポリアゾールフィルムは、ポリベンゾイミダゾール、ポリ(ピリジン)、ポリ(ピリミジン)、ポリイミダゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリオキサジアゾール、ポリキノキサリン、ポリチアジアゾール及びポリ(テトラアザピレン)からなる群から選択されるポリマーを含むことを特徴とする、請求項11乃至15のいずれか1項記載のポリアゾール膜。   The polyazole film is made of polybenzimidazole, poly (pyridine), poly (pyrimidine), polyimidazole, polybenzothiazole, polybenzoxazole, polyoxadiazole, polyquinoxaline, polythiadiazole and poly (tetraazapyrene). The polyazole film according to claim 11, comprising a polymer selected from the group. 前記ポリアゾールフィルムは、以下の段階、
A)ポリアゾールポリマーのポリリン酸への溶解
B)段階A)の方法により得られた溶液を、不活性ガス下で、温度400℃まで加熱
C)段階B)からのポリアゾールポリマーの溶液を支持体上に使用して膜の形成
D)段階C)で形成された膜が自立するまでの処理
を含む工程により得られることを特徴とする、請求項12乃至16のいずれか1項記載のポリアゾール膜。
The polyazole film has the following steps:
A) Dissolution of polyazole polymer in polyphosphoric acid B) Heat the solution obtained by the method of step A) under inert gas to a temperature of 400 ° C. C) Support the solution of polyazole polymer from step B) A polyazole according to any one of claims 12 to 16, characterized in that it is obtained by a process comprising a treatment until the film formed in step D) is self-supported. film.
請求項11〜16のいずれか1項記載のプラズマ被覆ポリアゾール膜を少なくとも1つ含む膜電極ユニット。   A membrane electrode unit comprising at least one plasma-coated polyazole film according to any one of claims 11 to 16.
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