KR20050018679A - Grafted polymer electrolyte membrane, method for the production thereof, and application thereof in fuel cells - Google Patents

Grafted polymer electrolyte membrane, method for the production thereof, and application thereof in fuel cells

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KR20050018679A
KR20050018679A KR10-2004-7018170A KR20047018170A KR20050018679A KR 20050018679 A KR20050018679 A KR 20050018679A KR 20047018170 A KR20047018170 A KR 20047018170A KR 20050018679 A KR20050018679 A KR 20050018679A
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Abstract

본 발명은 폴리비닐포스폰산/폴리비닐술폰산 중합체 기재의 양성자 전도성 중합체 전해질 막에 관한 것으로, 이는 뛰어난 화학적 및 열적 특성으로 인해, 다양한 목적에 사용될 수 있다. 본 발명의 막은 PEM 연료 전지내의 중합체 전해질 막 (PEM) 으로서 특히 적합하다.The present invention relates to proton conductive polymer electrolyte membranes based on polyvinylphosphonic acid / polyvinylsulfonic acid polymers, which, due to their excellent chemical and thermal properties, can be used for various purposes. Membranes of the invention are particularly suitable as polymer electrolyte membranes (PEMs) in PEM fuel cells.

Description

그라프트화된 중합체 전해질 막, 이의 제조 방법, 및 연료 전지에서의 이의 용도 {GRAFTED POLYMER ELECTROLYTE MEMBRANE, METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF, AND APPLICATION THEREOF IN FUEL CELLS}Grafted Polymer Electrolyte Membranes, Methods of Making the Same, and Uses thereof in Fuel Cells {GRAFTED POLYMER ELECTROLYTE MEMBRANE, METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF, AND APPLICATION THEREOF IN FUEL CELLS}

본 발명은 방사선 처리에 의해서 전처리된 후, 비닐포스폰산 및/또는 비닐술폰산으로 그라프트화된 유기 중합체 기재의 양성자 전도성 중합체 전해질 막에 관한 것으로, 이는 뛰어난 화학적 및 열적 특성 덕분에, 다양한 목적에, 특히 PEM 연료 전지내의 중합체 전해질 막 (PEM) 으로서 사용될 수 있다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to proton conductive polymer electrolyte membranes based on organic polymers grafted with vinylphosphonic acid and / or vinylsulfonic acid after pretreatment by radiation treatment, which, thanks to their excellent chemical and thermal properties, It can be used as a polymer electrolyte membrane (PEM) in a PEM fuel cell.

연료 전지는 일반적으로 전해질 및 전해질에 의해 분리되는 2 개의 전극을 포함한다. 연료 전지의 경우, 두 전극 중 하나에는 연료, 예컨대 수소 가스 또는 메탄올/물 혼합물이 제공되며, 다른 한 전극에는 산화제, 예컨대 산소 가스 또는 공기가 제공되고, 상기의 방식으로 연료 산화로부터의 화학 에너지가 직접 전기 에너지로 전환된다. 산화 반응은 양성자 및 전자를 형성시킨다.The fuel cell generally includes an electrolyte and two electrodes separated by an electrolyte. In the case of a fuel cell, one of the two electrodes is provided with a fuel, such as a hydrogen gas or a methanol / water mixture, the other electrode is provided with an oxidant such as oxygen gas or air, and in this way chemical energy from the fuel oxidation It is converted directly into electrical energy. Oxidation reactions form protons and electrons.

전해질은 수소 이온, 즉 양성자에 대해 투과성이나, 수소 가스 또는 메탄올과 같은 반응성 연료 및 산소 가스에 대해서는 그렇지 않다.The electrolyte is permeable to hydrogen ions, ie protons, but not to reactive gases such as hydrogen gas or methanol and oxygen gas.

연료 전지는 일반적으로 여러 개의 단일 전지, 소위 MEU (Membrane-electrode unit) 를 포함하는데, 각각은 전해질 및 전해질에 의해 분리되는 2 개의 전극을 포함한다.Fuel cells generally comprise several single cells, so-called membrane-electrode units (MEUs), each comprising an electrolyte and two electrodes separated by an electrolyte.

연료 전지에 사용되는 전극은 고체, 예컨대 중합체 전해질 막 또는 액체, 예컨대 인산이다. 최근, 연료 전지용 전해질로서 중합체 전해질 막이 관심을 끌고 있다. 원칙적으로, 2 가지 범주의 중합체 막으로 구분될 수 있다.The electrodes used in fuel cells are solids such as polymer electrolyte membranes or liquids such as phosphoric acid. In recent years, polymer electrolyte membranes have attracted attention as electrolytes for fuel cells. In principle, it can be divided into two categories of polymer membranes.

제 1 범주는 공유 결합된 산기, 바람직하게는 술폰산기를 함유하는 중합체 골격을 포함하는 양이온 교환막을 포함한다. 술폰산기는 수소 이온을 방출하여 음이온으로 전환되며, 따라서 양성자를 전도시킨다. 양성자의 이동성 및 그에 따른 양성자 전도성은 물 함량에 직접 연관된다. 메탄올과 물의 매우 양호한 혼화성 때문에, 상기 양이온 교환막은 높은 메탄올 투과성을 가지며, 따라서 직류 메탄올 연료 전지에서의 사용에 적합하지 않다. 예컨대 고온의 결과로서 막을 건조시키는 경우, 막의 전도성 및 그에 따른 연료 전지의 파워는 극적으로 강하된다. 따라서, 상기 양이온 교환막을 포함하는 연료 전지의 조작 온도는 물의 비점으로 제한된다. 막의 가습화는, 통상적인 술폰화막, 예컨대 Nafion 이 사용된 중합체 전해질 막 연료 전지 (PEMFC) 의 사용에 대해 주요 기술적 도전을 나타낸다.The first category includes cation exchange membranes comprising a polymer backbone containing covalently bonded acid groups, preferably sulfonic acid groups. Sulphonic acid groups release hydrogen ions and are converted to anions, thus conducting protons. The proton mobility and hence the proton conductivity is directly related to the water content. Because of the very good miscibility of methanol and water, the cation exchange membrane has high methanol permeability and is therefore not suitable for use in direct current methanol fuel cells. When the membrane is dried, for example, as a result of high temperatures, the membrane's conductivity and thus the power of the fuel cell drops dramatically. Therefore, the operating temperature of the fuel cell including the cation exchange membrane is limited to the boiling point of water. The humidification of the membrane represents a major technical challenge for the use of conventional sulfonated membranes, such as polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC) with Nafion.

중합체 전해질 막에 사용되는 물질은, 예를 들어 퍼플루오로술폰산 중합체이다. 퍼플루오로술폰산 중합체 (예컨대 Nafion) 는 일반적으로 퍼플루오르화 탄화수소 골격, 예컨대 테트라플루오로에틸렌과 트리플루오로비닐의 공중합체, 및 상기 골격에 결합된, 술폰산기를 함유하는 측쇄, 예컨대 퍼플루오로알킬렌기에 결합된 술폰산기를 갖는 측쇄를 가진다.The material used for the polymer electrolyte membrane is, for example, a perfluorosulfonic acid polymer. Perfluorosulfonic acid polymers (such as Nafion) generally have perfluorinated hydrocarbon backbones, such as copolymers of tetrafluoroethylene and trifluorovinyl, and side chains containing sulfonic acid groups, such as perfluoroalkyl, bound to the backbone It has a side chain which has a sulfonic acid group couple | bonded with a len group.

양이온 교환막은 바람직하게는 공유 결합된 산기, 특히 술폰산을 갖는 유기 중합체이다. 중합체의 술폰화 방법은 문헌 [F. Kucera 등, Polymer Engineering and Science 1988, Vol. 38, No. 5, 783-792] 에 기재되어 있다.The cation exchange membrane is preferably an organic polymer having covalently bonded acid groups, in particular sulfonic acids. Methods of sulfonation of polymers are described in F. Kucera et al., Polymer Engineering and Science 1988, Vol. 38, no. 5, 783-792.

다음에, 연료 전지에서의 사용에 상업적 중요성을 달성한 가장 중요한 유형의 양이온 교환막에 대해 설명한다.Next, the most important type of cation exchange membrane that achieves commercial importance for use in fuel cells is described.

가장 중요한 대표물은 DuPont 으로부터의 퍼플루오로술폰산 중합체 Nafion (US-A-3692569) 이다. US-A-4453991 에 기재되어 있는 바와 같이, 상기 중합체는 용액으로 된 후, 이오노머로서 사용될 수 있다. 양이온 교환막은 또한 다공성 지지 물질을 상기 이오노머로 충전시켜 수득된다. 지지 물질로는, 팽창 Teflon 이 바람직하다 (US-A-5635041).The most important representative is the perfluorosulfonic acid polymer Nafion from DuPont. (US-A-3692569). As described in US-A-4453991, the polymer can be used as an ionomer after it is in solution. Cation exchange membranes are also obtained by filling a porous support material with the ionomer. As the support material, expanded Teflon is preferred (US-A-5635041).

또한, 술폰산기를 함유하는 유사한 퍼플루오르화 중합체로부터 막을 합성하는 방법이 Dow Chemical, Asahi Glass 또는 3M Innovative Properties 에 의해서 개발되었다 (US-A-6268532, WO 2001/44314, WO 2001/094437).In addition, methods for synthesizing membranes from similar perfluorinated polymers containing sulfonic acid groups have been developed by Dow Chemical, Asahi Glass or 3M Innovative Properties (US-A-6268532, WO 2001/44314, WO 2001/094437).

추가적인 퍼플루오르화 양이온 교환막은, 트리플루오로스티렌과 술포닐 개질 트리플루오로스티렌의 공중합에 의해 US-A-5422411 에 기재된 바와 같이 제조될 수 있다. 상기 술포닐-개질 트리플루오로스티렌 공중합체로 이루어진 이오노머로 충전된 다공성 지지 물질, 특히 팽창 Teflon 을 포함하는 복합막은 US-A-5834523 에 기재되어 있다.Additional perfluorinated cation exchange membranes may be prepared as described in US-A-5422411 by copolymerization of trifluorostyrene with sulfonyl modified trifluorostyrene. A composite membrane comprising an ionomer-filled porous support material, in particular expanded Teflon, composed of the sulfonyl-modified trifluorostyrene copolymer is described in US Pat. No. 5,834,523.

US-A-6110616 에는 부타디엔과 스티렌의 공중합체 및 연료 전지용 양이온 교환막의 제조를 위한 이의 후속적인 술폰화가 기재되어 있다.US-A-6110616 describes copolymers of butadiene and styrene and their subsequent sulfonation for the production of cation exchange membranes for fuel cells.

상기 막 이외에, 고온 안정성 열가소성 물질의 술폰화에 의해서 제조되는 추가적인 계열의 비플루오르화 막이 개발되었다. 따라서, 술폰화 폴리에테르 케톤 (DE-A-4219077, WO-96/01177), 술폰화 폴리술폰 (J. Membr. Sci. 83 (1993) p.211) 또는 술폰화 폴리페닐렌 술피드 (DE-A-19527435) 로 이루어진 막이 공지되어 있다. 술폰화 폴리에테르 케톤으로부터 제조된 이오노머는 WO 00/15691 에 기재되어 있다.In addition to the membranes, an additional series of non-fluorinated membranes have been developed which are prepared by sulfonation of high temperature stable thermoplastics. Thus, sulfonated polyether ketones (DE-A-4219077, WO-96 / 01177), sulfonated polysulfones (J. Membr. Sci. 83 (1993) p.211) or sulfonated polyphenylene sulfides (DE A membrane consisting of -A-19527435 is known. Ionomers made from sulfonated polyether ketones are described in WO 00/15691.

더욱이, 술폰화 중합체와 염기성 중합체의 혼합에 의해 DE-A-19817374 또는 WO 01/18894 에 기재된 바와 같이 제조되는 산-염기 혼화물 막이 공지되어 있다.Moreover, acid-base blend membranes are known which are prepared as described in DE-A-19817374 or WO 01/18894 by mixing sulfonated and basic polymers.

막 특성을 더 개선하기 위해서, 종래 기술에 공지되어 있는 양이온 교환막은 고온 안정성 중합체와 혼합될 수 있다. 술폰화 폴리에테르 케톤과 a) 폴리술폰 (DE-A-4422158), b) 방향족 폴리아미드 (DE-A-42445264) 또는 c) 폴리벤즈이미다졸 (DE-A-19851498) 의 혼화물을 포함하는 양이온 교환막의 제조 및 특성이 공지되어 있다.To further improve the membrane properties, cation exchange membranes known in the art can be mixed with high temperature stable polymers. Sulfonated polyether ketones and a) polysulfones (DE-A-4422158), b) aromatic polyamides (DE-A-42445264) or c) polybenzimidazoles (DE-A-19851498). The preparation and properties of cation exchange membranes are known.

상기 막은 또한 중합체가 그라프트되는 방법에 의해 수득될 수 있다. 이를 위해, EP-A-667983 또는 DE-A-19844645 에 기재되어 있는 바와 같이, 플루오르화 또는 부분적으로 플루오르화된 중합체를 포함하는 미리 조사된 중합체 필름을, 바람직하게는 스티렌과 그라프팅 반응시킬 수 있다. 대안적으로, 플루오르화 방향족 단량체, 예컨대 트리플루오로스티렌이 그라프트 성분으로 사용될 수 있다 (WO 2001/58576). 이어서, 후속적인 술폰화 반응에서 측쇄가 술폰화된다. 클로로술폰산 또는 올레움이 술폰화제로 사용된다. JP 2001/302721 에서, 스티렌-그라프트 필름을 2-케토펜타플루오로프로판술폰산과 반응시키고, 이에 따라 가습된 상태에서 0.32 S/㎝ 의 양성자 전도도를 갖는 막을 수득한다. 가교 결합 반응은 또한 그라프팅 반응과 동시에 수행될 수 있으며, 이러한 식으로 기계적 특성 및 연료 투과성이 변경될 수 있다. 가교 결합제로서, 예를 들면 EP-A-667983 에 기재된 디비닐벤젠 및/또는 트리알릴 시아누레이트, 또는 JP 2001/216837 에 기재된 1,4-부탄디올 디아크릴레이트를 사용하는 것이 가능하다.The membrane can also be obtained by the method in which the polymer is grafted. For this purpose, a previously irradiated polymer film comprising a fluorinated or partially fluorinated polymer, as described in EP-A-667983 or DE-A-19844645, can be grafted with styrene, preferably have. Alternatively, fluorinated aromatic monomers such as trifluorostyrene can be used as the graft component (WO 2001/58576). The side chain is then sulfonated in the subsequent sulfonation reaction. Chlorosulfonic acid or oleum is used as the sulfonating agent. In JP 2001/302721, a styrene-graft film is reacted with 2-ketopentafluoropropanesulfonic acid, whereby a membrane having a proton conductivity of 0.32 S / cm in a humidified state is obtained. The crosslinking reaction can also be carried out simultaneously with the grafting reaction, in which the mechanical properties and fuel permeability can be altered. As the crosslinking agent, it is possible to use, for example, divinylbenzene and / or triallyl cyanurate described in EP-A-667983, or 1,4-butanediol diacrylate described in JP 2001/216837.

상기의 방사선-그라프트화 및 술폰화된 막을 제조하는 방법은 매우 복잡하며, 하기와 같은 많은 단계를 포함한다: i) 중합체 필름의 제조; ii) 바람직하게는 불활성 가스하에서의 중합체 필름의 조사 및 저온 (≤60 ℃) 보관; iii) 적합한 단량체 및 용매의 용액중 질소하에서의 그라프트화 반응; iv) 용매의 추출; v) 그라프트된 필름의 건조; vi) 반응성이 큰 시약 및 염소화 탄화수소, 예를 들면 테트라클로로에탄중 클로로술폰산의 존재하에서의 술폰화 반응; vii) 과량의 용매 및 술폰화 시약의 제거를 위한 반복 세척; viii) 염 형태로의 전환을 위한 희석된 알칼리, 예컨대 수산화칼륨 수용액과의 반응; ix) 과량의 알칼리를 제거하기 위한 반복 세척; x) 희석 산, 예컨대 염산과의 반응; xi) 과량의 산을 제거하기 위한 최종 세척.The method of making such radiation-grafted and sulfonated membranes is very complex and includes many steps as follows: i) preparation of a polymer film; ii) irradiation of the polymer film preferably under inert gas and low temperature (≦ 60 ° C.) storage; iii) grafting reaction under nitrogen in a solution of suitable monomers and solvents; iv) extraction of the solvent; v) drying of the grafted film; vi) sulfonation reactions in the presence of highly reactive reagents and chlorinated hydrocarbons such as chlorosulfonic acid in tetrachloroethane; vii) repeated washings to remove excess solvent and sulfonation reagents; viii) reaction with diluted alkali, such as aqueous potassium hydroxide solution, for conversion to salt form; ix) repeated washings to remove excess alkali; x) reaction with dilute acids, such as hydrochloric acid; xi) final wash to remove excess acid.

상기 양이온 교환막의 단점은, 상기 막이 가습화되어야 하며, 조작 온도가 100℃ 로 제한되고, 막이 메탄올에 대해 높은 투과성을 가진다는 사실이다. 상기 단점의 원인은 막의 전도성 기전인데, 여기에서 양성자의 수송은 물 분자의 수송과 연관된다. 이는 "비히클 기전 (vehicle mechanism)" (K.-D. Kreuer, Chem. Mater. 1996, 8, 610-641) 으로 불린다.A disadvantage of the cation exchange membrane is that the membrane must be humidified, the operating temperature is limited to 100 ° C., and the membrane has high permeability to methanol. The cause of this drawback is the conductive mechanism of the membrane, where the transport of protons is associated with the transport of water molecules. This is called the "vehicle mechanism" (K.-D. Kreuer, Chem. Mater. 1996, 8, 610-641).

조작 온도를 증가시키는 하나의 가능한 방법은 물의 비점을 증가시키기 위해서 초대기압 하에서 전지 연료 시스템을 조작하는 것이다. 그러나, 상기 방법은 많은 단점이 있으며, 이는 연료 전지 시스템이 더욱 복잡하게 되며, 효율이 떨어지고, 바람직한 중량의 감소 대신에 중량의 증가가 있는 것으로 확인되었다. 나아가, 압력의 증가는 얇은 중합체 막에 높은 기계적 응력을 초래하여, 막이 기능을 못하게 되어, 시스템의 조작을 멈추게 할 수 있다.One possible way to increase the operating temperature is to operate the cell fuel system under superatmospheric pressure to increase the boiling point of water. However, the method has a number of disadvantages, which have been found to make the fuel cell system more complicated, less efficient, and that there is an increase in weight instead of a desired decrease in weight. In addition, an increase in pressure can result in high mechanical stress on thin polymer membranes, which can render the membranes inoperable and cause the system to stop operating.

개발된 제 2 범주는 가습없이 조작될 수 있는, 염기성 중합체와 강산의 복합체를 포함하는 중합체 전해질 막을 포함한다. 따라서, WO 96/13872 및 대응하는 US-A-5525436 에는 양성자 전도성 중합체 전해질 막의 제조 방법이 개시되어 있는데, 여기에서 염기성 중합체, 예컨대 폴리벤즈이미다졸은 강산, 예컨대 인산, 황산 등으로 처리된다.The second category developed includes polymer electrolyte membranes comprising complexes of basic polymers and strong acids that can be manipulated without humidification. Thus, WO 96/13872 and the corresponding US-A-5525436 disclose a process for producing proton conductive polymer electrolyte membranes, wherein the basic polymers such as polybenzimidazole are treated with strong acids such as phosphoric acid, sulfuric acid and the like.

문헌 [J. Electrochem. Soc., Volume. 142, No. 7, 1995, p. L121-L123] 에는 인산중에서의 폴리벤즈이미다졸의 도핑이 기재되어 있다.J. Electrochem. Soc., Volume. 142, No. 7, 1995, p. L121-L123 describes doping of polybenzimidazoles in phosphoric acid.

종래 기술에 공지되어 있는 염기성 중합체 막의 경우에서, 필요한 양성자 전도성을 달성하는데 사용되는 무기산 (일반적으로 진한 인산) 은 성형후에 도입되거나, 또는 대안적으로, 염기성 중합체 막은 독일 특허 출원 10117686.4, 10144815.5 및 10117687.2 에 기재된 바와 같이, 폴리인산으로부터 직접 제조된다. 여기서, 중합체는 매우 진한 인산 또는 폴리인산으로 이루어진 전해질에 대한 지지체로서 작용한다. 여기서, 중합체 막은 추가의 중요한 기능을 달성하는데, 특히, 높은 기계적 안정성을 가져야 하며, 도입부에서 언급한 2 개의 연료에 대한 분리자로서 작용해야 한다.In the case of basic polymer membranes known in the art, the inorganic acids (generally concentrated phosphoric acid) used to achieve the required proton conductivity are introduced after molding, or alternatively, the basic polymer membranes are prepared in German patent applications 10117686.4, 10144815.5 and 10117687.2. As described, it is prepared directly from polyphosphoric acid. Here, the polymer acts as a support for the electrolyte consisting of very concentrated phosphoric acid or polyphosphoric acid. Here, the polymer membrane achieves a further important function, in particular, should have high mechanical stability and act as a separator for the two fuels mentioned at the outset.

100 ℃ 를 초과하는 온도에서의 조작을 위한 방사선-그라프트 막을 제조하기 위한 하나의 가능한 방법이 JP 2001-213987 (Toyota) 에 기재되어 있다. 이를 위해, 폴리에틸렌-테트라플루오로에틸렌 또는 폴리비닐 디플루오리드의 부분적으로 플루오르화된 중합체 필름을 조사하고, 후속으로 비닐피리딘과 같은 염기성 단량체와 반응시킨다. 폴리비닐피리딘의 그라프트 측쇄의 혼입의 결과, 이러한 방사선-그라프트 물질은 인산과 고팽윤을 나타낸다. 가습없이 180 ℃ 에서 0.1 S/㎝ 의 전도도를 갖는 양성자-전도성 막은 인산의 도핑으로 제조된다.One possible method for producing radiation-grafted membranes for operation at temperatures in excess of 100 ° C. is described in JP 2001-213987 (Toyota). To this end, the partially fluorinated polymer film of polyethylene-tetrafluoroethylene or polyvinyl difluoride is investigated and subsequently reacted with a basic monomer such as vinylpyridine. As a result of incorporation of the graft side chains of polyvinylpyridine, these radiation-grafted materials exhibit phosphoric acid and high swelling. Proton-conducting membranes having a conductivity of 0.1 S / cm at 180 ° C. without humidification are prepared by doping with phosphoric acid.

JP 2000/331693 은 방사선 그라프팅에 의한 음이온 교환막의 제조를 기재하고 있다. 여기에서, 상기 그라프트 반응은 비닐벤질트리메틸암모늄염 또는 비닐피리딘 또는 비닐이미다졸의 4 차 염을 사용하여 수행한다. 그러나, 이러한 음이온 교환막은 연료 전지의 사용에 적합하지 않다.JP 2000/331693 describes the preparation of anion exchange membranes by radiation grafting. Here, the graft reaction is carried out using a vinylbenzyltrimethylammonium salt or a quaternary salt of vinylpyridine or vinylimidazole. However, such anion exchange membranes are not suitable for use in fuel cells.

인산 또는 폴리인산이 도핑된 상기 막의 중요한 장점은, 상기 중합체 전해질 막이 사용된 연료 전지가 다른 경우 필요한 연료 전지의 가습화 없이도 100℃ 를 초과하는 온도에서 조작될 수 있다는 사실이다. 이는, 소위 Grotthus 기전 (K. -D. Kreuer, Chem. Mater. 1996, 8, 610-641) 에 의해, 추가적인 물 없이 양성자를 수송하는 인산의 능력에 기인한다.An important advantage of the membrane doped with phosphoric acid or polyphosphoric acid is the fact that the fuel cell in which the polymer electrolyte membrane is used can be operated at temperatures in excess of 100 ° C. in other cases without the need for humidification of the fuel cell. This is due to the so-called Grotthus mechanism (K.-D. Kreuer, Chem. Mater. 1996, 8, 610-641), the ability of phosphoric acid to transport protons without additional water.

100℃ 를 초과하는 온도에서의 조작 가능성은 연료 전지 시스템에 대한 추가적인 장점을 제공한다. 우선, 가스중 불순물, 특히 CO 에 대한 Pt 촉매의 민감성이 현저히 감소된다. CO 는 탄소-함유 화합물, 예컨대 천연 가스, 메탄올 또는 휘발유를 포함하는 수소 풍부 가스의 정련에서 부산물로서, 또는 메탄올의 직접적 산화에서 중간체로서 생성된다. 전형적으로는, 연료의 CO 함량은 100℃ 미만의 온도에서는 100 ppm 미만이어야 한다. 그러나, 150-200℃ 의 온도 범위에서는 10,000 ppm 이상의 CO 도 용인될 수 있다 (N. J. Bjerrum 등, Journal of Applied Electrochemistry, 2001, 31, 773-779). 이는 선행하는 정련 공정의 중요한 단순화 및 그에 따른 연료 전지 시스템 전반에서의 비용 감소를 유도한다.Maneuverability at temperatures above 100 ° C. provides additional advantages for fuel cell systems. First, the sensitivity of the Pt catalyst to impurities in the gas, in particular CO, is significantly reduced. CO is produced as a by-product in the refining of a hydrogen-rich gas comprising carbon-containing compounds such as natural gas, methanol or gasoline, or as an intermediate in the direct oxidation of methanol. Typically, the CO content of the fuel should be less than 100 ppm at temperatures below 100 ° C. However, in the temperature range of 150-200 ° C., more than 10,000 ppm CO can be tolerated (N. J. Bjerrum et al., Journal of Applied Electrochemistry, 2001, 31, 773-779). This leads to a significant simplification of the preceding refining process and consequently reduced costs throughout the fuel cell system.

연료 전지의 주요 장점은, 전기화학적 반응 동안 연료의 에너지가 직접 전기 에너지 및 열로 전환된다는 사실이다. 물은 캐소드에서 반응 산물로 형성된다. 따라서, 열은 전기-화학적 반응에서 부산물로서 발생된다. 전력만이 전기 모터의 구동에, 예를 들어 자동차 용도에서, 또는 각종 용도에서의 배터리 시스템의 대체물로서 사용되는 용도의 경우에서, 열은 시스템의 과열 방지를 위해서 제거되어야 한다. 또한, 이어서, 추가적인 에너지 소비 장치가 냉각을 위해 필요한데, 이는 추가로 연료 전지의 전체적인 전기 효율을 감소시킨다. 정적인 용도, 예컨대 전력 및 열의 집중적 또는 탈집중적 생성을 위해, 열은 열 교환자 (heat exchanger) 와 같은 이용가능한 기술에 의해 효율적으로 이용될 수 있다. 효율 증가를 위해, 여기서는 고온이 추구된다. 조작 온도가 100℃ 를 초과하는 경우 및 상온과 조작 온도 사이의 온도차가 큰 경우, 막의 가습화로 인해 100℃ 미만에서 조작되어야 하는 연료 전지에 비해 부가적인 장치들을 제거하고, 연료 전지 시스템을 더욱 효율적으로 냉각시키거나 작은 냉각 면적을 사용하는 것이 가능하다.The main advantage of a fuel cell is the fact that the energy of the fuel is converted directly into electrical energy and heat during the electrochemical reaction. Water is formed as a reaction product at the cathode. Thus, heat is generated as a byproduct in the electrochemical reaction. In applications where only power is used to drive the electric motor, for example in automotive applications or as a replacement for battery systems in various applications, heat must be removed to prevent overheating of the system. In addition, an additional energy consuming device is then required for cooling, which further reduces the overall electrical efficiency of the fuel cell. For static applications, such as intensive or decentralized generation of power and heat, heat can be efficiently utilized by available techniques such as heat exchangers. In order to increase the efficiency, high temperatures are sought here. If the operating temperature exceeds 100 ° C and the temperature difference between the room temperature and the operating temperature is large, additional devices are removed and the fuel cell system more efficiently compared to the fuel cell that has to be operated below 100 ° C due to the humidification of the membrane. It is possible to cool or use a small cooling area.

상기 장점들 외에도, 상기 연료 전지 시스템은 결정적인 단점을 갖는다. 인산 또는 폴리인산은 이온 상호작용에 의해 염기성 중합체에 영구적으로 결합되지 않으며 물에 의해 씻겨나갈 수 있는 전해질로서 존재한다. 상기에 기재된 바와 같이, 물은 전기화학적 반응 동안 캐소드에서 형성된다. 조작 온도가 100℃ 를 초과하는 경우, 대부분의 물은 가스 확산 전극을 통해 증기로 빠져나가며 산 손실이 매우 낮다. 그러나, 조작 온도가 100℃ 미만인 경우, 예를 들어 전지를 구동시키거나 단락시키거나 또는 높은 전류 효율을 수득하고자 부분 부하에서 조작하는 동안, 형성된 물은 응축되어 전해질, 즉 고농도 인산 또는 폴리인산의 증가된 세척 제거를 초래할 수 있다. 연료 전지의 이러한 조작 동안, 이는 전도성 및 전지 성능의 연속적 저하를 유도할 수 있으며, 이는 연료 전지의 수명을 감소시킬 수 있다.In addition to the above advantages, the fuel cell system has a critical disadvantage. Phosphoric acid or polyphosphoric acid is present as an electrolyte that is not permanently bound to the basic polymer by ionic interactions and can be washed off by water. As described above, water is formed at the cathode during the electrochemical reaction. If the operating temperature exceeds 100 ° C., most of the water escapes to the vapor through the gas diffusion electrode and the acid loss is very low. However, if the operating temperature is less than 100 ° C., for example, during operation at partial load to drive or short circuit the cell or obtain high current efficiency, the water formed condenses to increase the electrolyte, i.e. high concentration of phosphoric acid or polyphosphoric acid. Can lead to a complete removal of the wash. During this operation of the fuel cell, this can lead to continuous degradation of conductivity and cell performance, which can reduce the life of the fuel cell.

더욱이, 인산으로 도핑된 공지된 막들은 소위 직류 메탄올 연료 전지 (DMFC) 에 사용될 수 없다. 그러나, 상기 전지들은 특별한 관심을 끄는데, 이는 메탄올/물 혼합물이 연료로서 사용되기 때문이다. 인산 기재의 공지된 막이 사용되는 경우, 연료 전지는 비교적 단시간 후에 망가진다.Moreover, known membranes doped with phosphoric acid cannot be used in so-called direct current methanol fuel cells (DMFCs). However, the cells are of particular interest because the methanol / water mixture is used as fuel. If a known membrane based on phosphoric acid is used, the fuel cell is broken after a relatively short time.

따라서, 본 발명의 목적은 전해질의 세척 제거가 방지되는 신규한 중합체 전해질 막을 제공하는 것이다. 이러한 방식으로 특히, 조작 온도가 0 ℃ 초과 200 ℃ 의 범위까지 확장될 수 있어야 한다. 본 발명에 따른 중합체 전해질 막을 포함하는 연료 전지는 순수 수소 및 다수의 탄소 함유 연료, 특히 천연 가스, 휘발유, 메탄올 및 바이오매스를 사용하는 조작에 적합해야 한다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a novel polymer electrolyte membrane in which the washing away of the electrolyte is prevented. In this way, in particular, the operating temperature should be able to extend in the range of more than 0 ° C to 200 ° C. Fuel cells comprising the polymer electrolyte membrane according to the invention should be suitable for operation using pure hydrogen and a plurality of carbon containing fuels, in particular natural gas, gasoline, methanol and biomass.

또한, 본 발명에 따른 막의 제조는 저렴하고 간단해야 한다. 따라서, 본 발명의 추가적인 목적은 또한 높은 성능, 특히 높은 전도성을 나타내는 중합체 전해질 막을 생성하는 것이다.In addition, the preparation of the membranes according to the invention should be inexpensive and simple. It is therefore a further object of the present invention to produce polymer electrolyte membranes which also exhibit high performance, in particular high conductivity.

추가로, 높은 기계적 안정성, 특히 높은 탄성 계수, 높은 인장 강도, 낮은 크리프 및 높은 파괴 인성을 가진 중합체 전해질 막을 제공하는 것이 목적이다.In addition, it is an object to provide a polymer electrolyte membrane having high mechanical stability, especially high elastic modulus, high tensile strength, low creep and high fracture toughness.

더욱이, 본 발명의 목적은 각종 연료, 예컨대 수소 또는 메탄올에 대해 조작 동안에도 낮은 투과성을 가지는 막을 제공하는 것이다. 이 막은 또한 낮은 산소 투과성을 나타낸다.Furthermore, it is an object of the present invention to provide membranes having low permeability even during operation for various fuels such as hydrogen or methanol. This membrane also exhibits low oxygen permeability.

본 발명의 추가의 목적은 방사선 그라프트팅에 의해 본 발명에 따른 막 제조에서의 공정 단계의 수를 줄이고 단순화하여, 단계를 또한 산업적 규모로 수행할 수 있는 것이다.A further object of the present invention is to reduce and simplify the number of process steps in the film production according to the invention by radiation grafting, so that the steps can also be carried out on an industrial scale.

상기 목적은 산업적 중합체 기재 분말의 개질에 의해 달성되는데, 이는 방사선 및 후속적 비닐포스폰산 및/또는 비닐술폰산을 포함하는 단량체로의 처리, 및 이들의 후속적인 중합 및 그라프트 중합체 전해질 막 또는 이오노머를 초래하는, 중합체 골격에 공유 결합된 폴리비닐포스폰산/폴리비닐술폰산 중합체로의 성형에 의한다.This object is achieved by the modification of industrial polymer based powders, which process radiation and subsequent treatment with monomers comprising vinylphosphonic acid and / or vinylsulfonic acid, and their subsequent polymerization and graft polymer electrolyte membranes or ionomers. Resulting in molding into a polyvinylphosphonic acid / polyvinylsulfonic acid polymer covalently bound to the polymer backbone.

폴리비닐포스폰산/폴리비닐술폰산 중합체의 농도, 이의 높은 사슬 유연성 및 폴리비닐포스폰산의 높은 산성도로 인해, 전도도는 Grotthus 기전에 근거하고, 따라서 시스템은 물의 비점을 초과하는 온도에서 추가의 가습을 필요로 하지 않는다. 역으로, 폴리비닐술폰산의 존재로 인해 적절히 가습되면 시스템의 만족할만한 전도도가 물의 비점 미만의 온도에서 관찰된다.Due to the concentration of the polyvinylphosphonic acid / polyvinylsulfonic acid polymer, its high chain flexibility and the high acidity of the polyvinylphosphonic acid, the conductivity is based on the Grotthus mechanism, so the system needs additional humidification at temperatures above the boiling point of water. Do not Conversely, with adequate humidification due to the presence of polyvinylsulfonic acid, satisfactory conductivity of the system is observed at temperatures below the boiling point of water.

반응성기에 의해 또한 가교결합될 수 있는 중합성 폴리비닐포스폰산/폴리비닐술폰산은 그라프팅 반응의 결과로 중합체 사슬에 공유 결합되고, 형성된 물 부산물에 의해, 또는 DMFC 의 경우에는 수성 연료에 의해 세척 제거되지 않는다. 본 발명에 따른 중합체 전해질 막은 매우 낮은 메탄올 투과성을 가지며, 특히 DMFC 에서의 사용에 적합하다. 따라서, 많은 연료, 예컨대 수소, 천연 가스, 휘발유, 메탄올 또는 바이오매스를 사용하는 연료 전지의 장기 지속 조작이 가능하다. 여기에서, 막은 상기 연료의 특히 높은 활성을 가능하게 한다. 고온 때문에, 메탄올 산화는 높은 활성으로 일어날 수 있다. 특정 구현예에서, 이들 막은 가스성 DMFC 에서의 조작에 적합하고, 특히 100 내지 200 ℃ 의 온도 범위에서 적합하다.The polymerizable polyvinylphosphonic acid / polyvinylsulfonic acid, which can also be crosslinked by a reactive group, is covalently bound to the polymer chain as a result of the grafting reaction and washed by water by-products formed or by aqueous fuel in the case of DMFC It is not removed. The polymer electrolyte membrane according to the invention has very low methanol permeability and is particularly suitable for use in DMFC. Thus, long term sustainable operation of fuel cells using many fuels such as hydrogen, natural gas, gasoline, methanol or biomass is possible. Here, the membrane enables particularly high activity of the fuel. Because of the high temperatures, methanol oxidation can occur with high activity. In certain embodiments, these membranes are suitable for operation in gaseous DMFCs, in particular in the temperature range of 100 to 200 ° C.

100 ℃ 를 초과하는 온도에서의 조작 가능성은 Pt 촉매의 가스중의 불순물, 특히 CO 에 대한 민감성에 있어서 큰 감소를 초래한다. CO 는 탄소 함유 화합물, 예를 들면 천연 가스, 메탄올 또는 휘발유를 포함하는 수소 풍부 가스의 정련에 있어서 부산물로서, 또는 메탄올의 직접 산화에서 중간체로서 형성된다. 연료의 CO 함량은 Pt 촉매의 촉매 활성의 급격한 감소없이 전형적으로 120 ℃ 초과의 온도에서 5000 ppm 을 초과할 수 있다. 그러나, 150∼200 ℃ 범위의 온도에서, 10000 ppm 이상의 CO 를 또한 용인할 수 있다 (N. J. Bjerrum 등. Journal of Applied Electrochemistry, 2001, 31, 773-779). 이는 상위의 정련 공정에 상당한 단순화를 초래하여, 따라서 연료 전지 시스템의 전체적 비용 감소로 이어진다.The operability at temperatures above 100 ° C. results in a large decrease in the sensitivity of the Pt catalyst to impurities in the gas, in particular CO. CO is formed as a byproduct in the refining of carbon-containing compounds, for example hydrogen-rich gas comprising natural gas, methanol or gasoline, or as an intermediate in the direct oxidation of methanol. The CO content of the fuel can be in excess of 5000 ppm, typically at temperatures above 120 ° C., without a sharp decrease in the catalytic activity of the Pt catalyst. However, at temperatures in the range from 150 to 200 ° C., more than 10000 ppm of CO can also be tolerated (N. J. Bjerrum et al. Journal of Applied Electrochemistry, 2001, 31, 773-779). This results in a significant simplification of the upper refining process, thus leading to a reduction in the overall cost of the fuel cell system.

본 발명에 따른 막은 고 전도도를 나타내며, 이는 또한 광범위한 온도 범위에 걸쳐 추가의 가습없이 달성된다. 나아가, 본 발명에 따른 막을 장착한 연료 전지는 저온, 예를 들면 80 ℃ 이하에서도, 이에 의해 연료 전지의 수명이 매우 상당히 감소되지 않고 또한 조작될 수 있다.The membranes according to the invention exhibit high conductivity, which is also achieved without further humidification over a wide temperature range. Furthermore, the fuel cell equipped with the membrane according to the present invention can be operated even at low temperatures, for example below 80 ° C., by which the life of the fuel cell is not significantly reduced.

따라서, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 방법으로 수득 가능한 양성자 전도성 전해질 막을 제공한다:Accordingly, the present invention provides a proton conductive electrolyte membrane obtainable by a method comprising the following steps:

A. 중합체에 방사선을 조사하여 자유 라디칼을 발생시키는 단계,A. irradiating the polymer to generate free radicals,

B. 단계 A) 에서 조사된 중합체와 비닐 함유 포스폰산 단량체 및/또는 비닐 함유 술폰산 단량체의 혼합물을 제조하는 단계,B. preparing a mixture of the polymer irradiated in step A) with a vinyl containing phosphonic acid monomer and / or a vinyl containing sulfonic acid monomer,

C. 단계 B) 에서 도입된 비닐 함유 포스폰산 및/또는 비닐 함유 술폰산 단량체를 중합시키는 단계,C. polymerizing the vinyl containing phosphonic acid and / or vinyl containing sulfonic acid monomers introduced in step B),

D. 단계 C) 에 따라서 수득된 중합체를 포함하는 시이트상 구조물을 주조시키는 단계,D. casting a sheet-like structure comprising the polymer obtained according to step C),

E. 시이트상 구조물을 건조시켜 자립형 막을 형성시키는 단계.E. Drying the sheet-like structure to form a freestanding film.

단계 A) 에서 사용된 중합체는 바람직하게는 포스폰산 및/또는 비닐 함유 술폰산 단량체 중에서 1 중량% 이상, 바람직하게는 3 중량% 이상의 용해도를 갖는 하나 이상의 중합체이며, 상기 용해도는 온도에 의존한다. 그러나, 시이트상 구조물을 형성하는데 사용된 혼합물은 또한 광범위한 온도에서 수득될 수 있으며, 따라서 원하는 최소 용해도만이 달성되어야 한다. 온도의 하한은 혼합물중에 존재하는 액체의 융점에 의해서 주어지며, 온도의 상한은 일반적으로 혼합물의 구성 성분 또는 중합체의 분해 온도에 의해서 부과된다. 일반적으로, 혼합물은 0 ℃ 내지 250 ℃, 바람직하게는 10 ℃ 내지 200 ℃ 의 온도 범위에서 제조된다. 또한, 초대기압이 용해에 사용될 수 있으며, 그 제한은 기술적 고려에 의해서 부과된다. 단계 A) 에서 160 ℃ 및 1 bar 에서 포스폰산 및/또는 비닐 함유 술폰산 단량체중에서 1 중량% 이상의 용해도를 갖는 중합체를 사용하는 것이 특히 바람직하다.The polymer used in step A) is preferably at least one polymer having a solubility of at least 1% by weight, preferably at least 3% by weight, in the phosphonic acid and / or vinyl containing sulfonic acid monomers, the solubility depending on the temperature. However, the mixture used to form the sheet-like structure can also be obtained at a wide range of temperatures, so that only the minimum solubility desired is achieved. The lower limit of the temperature is given by the melting point of the liquid present in the mixture, and the upper limit of the temperature is generally imposed by the decomposition temperature of the components or polymers of the mixture. In general, the mixture is prepared in the temperature range of 0 ° C to 250 ° C, preferably 10 ° C to 200 ° C. In addition, superatmospheric pressure can be used for dissolution, the limitation imposed by technical considerations. Particular preference is given to using a polymer having a solubility of at least 1% by weight in phosphonic acid and / or vinyl containing sulfonic acid monomers at 160 ° C. and 1 bar in step A).

바람직한 중합체는 특히 폴리올레핀, 예컨대 폴리(클로로프렌), 폴리아세틸렌, 폴리페닐렌, 폴리(p-자일렌), 폴리아릴메틸렌, 폴리스티렌, 폴리메틸스티렌, 폴리비닐알콜, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐에테르, 폴리비닐아민, 폴리(N-비닐아세트아미드), 폴리비닐이미다졸, 폴리비닐카르바졸, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐피리딘, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐리덴클로라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐디플루오라이드, 폴리헥사플루오로프로필렌, 폴리에틸렌-테트라플로오로에틸렌, PTFE 와 헥사플루오로프로필렌, 퍼플루오로프로필비닐에테르, 트리플루오로니트로소메탄, 카르브알콕시퍼플루오로알콕시비닐에테르와의 공중합체, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리비닐플루오라이드, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크롤레인, 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴니트릴, 폴리시아노아크릴레이트, 폴리메타크릴이미드, 시클로올레핀계 공중합체, 특히 노르보르넨 유래의 것들; 주쇄에 C-O 결합을 갖는 중합체, 예컨대 폴리아세탈, 폴리옥시메틸렌, 폴리에테르, 폴리프로필렌옥시드, 폴리에피클로로히드린, 폴리테트라히드로푸란, 폴리페닐렌옥시드, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤케톤, 폴리에테르에테르케톤케톤, 폴리에테르케톤에테르케톤케톤, 폴리에스테르, 특히 폴리히드록시아세트산, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리히드록시벤조에이트, 폴리히드록시프로피온산, 폴리프로피온산, 폴리피발로락톤, 폴리카프로락톤, 푸란 수지, 페놀-아릴 수지, 폴리말론산, 폴리카보네이트; 주쇄에 C-S 결합을 갖는 중합체, 예컨대 폴리술피드 에테르, 폴리페닐렌술피드, 폴리에테르 술폰, 폴리술폰, 폴리에테르에테르술폰, 폴리아릴에테르술폰, 폴리페닐렌술폰, 폴리페닐렌술피드술폰, 폴리(페닐술피드-1,4-페닐렌); 주쇄에 C-N 결합을 갖는 중합체, 예컨대 폴리이민, 폴리이소시아니드, 폴리에테르이민, 폴리에테르이미드, 폴리(트리플루오로메틸비스(프탈이미도)페닐), 폴리아닐린, 폴리아르아미드, 폴리아미드, 폴리히드라지드, 폴리우레탄, 폴리이미드, 폴리아졸, 폴리아졸에테르케톤, 폴리우레아, 폴리아진; 액정 중합체, 특히 Vectra 및 무기 중합체, 예컨대 폴리실란, 폴리카보실란, 폴리실록산, 폴리규산, 폴리실리케이트, 실리콘, 폴리포스파젠 및 폴리티아질을 포함한다.Preferred polymers are in particular polyolefins such as poly (chloroprene), polyacetylene, polyphenylene, poly (p-xylene), polyarylmethylene, polystyrene, polymethylstyrene, polyvinylalcohol, polyvinylacetate, polyvinylether, poly Vinylamine, poly (N-vinylacetamide), polyvinylimidazole, polyvinylcarbazole, polyvinylpyrrolidone, polyvinylpyridine, polyvinylchloride, polyvinylidenechloride, polytetrafluoroethylene, polyvinyl Air with difluoride, polyhexafluoropropylene, polyethylene-tetrafluoroethylene, PTFE and hexafluoropropylene, perfluoropropylvinylether, trifluoronitrosomethane, carvalkoxyperfluoroalkoxyvinylether Coalesce, polychlorotrifluoroethylene, polyvinylfluoride, polyvinylidene fluoride, polyacrolein, poly Methacrylamide, polyacrylonitrile, policy cyano acrylate, polymethacrylic imide, cycloolefin-based copolymers, particularly those of the norbornane-derived norbornene; Polymers having a CO bond in the main chain such as polyacetal, polyoxymethylene, polyether, polypropylene oxide, polyepichlorohydrin, polytetrahydrofuran, polyphenyleneoxide, polyetherketone, polyetheretherketone, poly Ether ketone ketones, polyether ether ketone ketones, polyether ketone ether ketone ketones, polyesters, in particular polyhydroxyacetic acid, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyhydroxybenzoate, polyhydroxypropionic acid, polypropionic acid, Polypivalolactone, polycaprolactone, furan resin, phenol-aryl resin, polymalonic acid, polycarbonate; Polymers having CS bonds in the main chain, such as polysulfide ether, polyphenylene sulfide, polyether sulfone, polysulfone, polyether ether sulfone, polyarylether sulfone, polyphenylene sulfone, polyphenylene sulfide sulfone, poly (phenyl Sulfide-1,4-phenylene); Polymers having CN bonds in the main chain, such as polyimines, polyisocyanides, polyetherimines, polyetherimides, poly (trifluoromethylbis (phthalimido) phenyl), polyaniline, polyaramides, polyamides, polyhydra Zide, polyurethane, polyimide, polyazole, polyazole ether ketone, polyurea, polyazine; Liquid crystal polymers, in particular Vectra and inorganic polymers such as polysilanes, polycarbosilanes, polysiloxanes, polysilicic acids, polysilicates, silicones, polyphosphazenes and polythiazyls.

본 발명의 특정 양상에 따르면, 하나의 반복 단위 또는 다른 반복 단위 내에 하나 이상의 불소, 질소, 산소 및/또는 황 원자를 함유하는 중합체를 사용하는 것이 바람직하다.According to certain aspects of the invention, preference is given to using polymers containing one or more fluorine, nitrogen, oxygen and / or sulfur atoms in one repeating unit or in another repeating unit.

특정 구현예에서, 고온 안정성 중합체를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 목적을 위해, 중합체는 120℃ 초과의 온도에서 연료 전지에서 중합체 전해질로서 장기 지속적으로 사용될 수 있는 경우에 고온 안정하다. "장기 지속적" 이란, 본 발명에 따른 막이 WO 01/18894 A2 에 기재된 방법에 따라 측정될 수 있는, 초기 성능에 대한 50 % 초과의 성능 강하 없이 120 ℃ 이상, 바람직하게는 160 ℃ 이상의 온도에서 100 시간 이상, 바람직하게는 500 시간 이상 조작될 수 있는 것을 의미한다.In certain embodiments, preference is given to using high temperature stable polymers. For the purposes of the present invention, polymers are stable at high temperatures when they can be used continuously for a long time as polymer electrolytes in fuel cells at temperatures above 120 ° C. "Long-lasting" means that the membrane according to the invention can be measured according to the method described in WO 01/18894 A2, at a temperature of at least 120 ° C, preferably at least 160 ° C, without a performance drop of more than 50% relative to the initial performance. It means that it can be operated for at least an hour, preferably at least 500 hours.

단계 A) 에서 사용된 중합체는 바람직하게는 100℃ 이상, 바람직하게는 150℃ 이상, 매우 특히 바람직하게는 180℃ 이상의 Vicat 연화점 VST/A/50 또는 유리 전이 온도를 갖는 중합체이다.The polymer used in step A) is preferably a polymer having a Vicat softening point VST / A / 50 or glass transition temperature of at least 100 ° C., preferably at least 150 ° C., very particularly preferably at least 180 ° C.

반복 단위에 하나 이상의 질소 원자를 갖는 중합체가 특히 바람직하다. 반복 단위당 하나 이상의 질소 헤테로원자를 함유하는 하나 이상의 방향족 고리를 갖는 중합체가 특히 바람직하다. 이중에서, 폴리아졸 기재 중합체가 특히 바람직하다. 이들 염기성 폴리아졸 중합체는 반복 단위당 하나 이상의 질소 헤테로원자를 함유하는 하나 이상의 방향족 고리를 가진다.Particular preference is given to polymers having at least one nitrogen atom in the repeating unit. Particular preference is given to polymers having at least one aromatic ring containing at least one nitrogen heteroatom per repeat unit. Of these, polyazole based polymers are particularly preferred. These basic polyazole polymers have one or more aromatic rings containing one or more nitrogen heteroatoms per repeat unit.

방향족 고리는 바람직하게는 1 내지 3 개의 질소 원자를 함유하는 5- 또는 6-원 고리이며, 이것은 다른 고리, 특히 다른 방향족 고리와 융합될 수 있다.The aromatic ring is preferably a 5- or 6-membered ring containing 1 to 3 nitrogen atoms, which can be fused with other rings, in particular with other aromatic rings.

폴리아졸 기재 중합체는 화학식 I 및/또는 II 및/또는 IIII 및/또는 IV 및/또는 V 및/또는 VI 및/또는 VII 및/또는 VIII 및/또는 IX 및/또는 X 및/또는 XI 및/또는 XII 및/또는 XIII 및/또는 XIV 및/또는 XV 및/또는 XVI 및/또는 XVII 및/또는 XVIII 및/또는 XIX 및/또는 XX 및/또는 XXI 및/또는 XXII 의 반복 아졸 단위를 포함한다:Polyazole based polymers may be of the formula I and / or II and / or IIII and / or IV and / or V and / or VI and / or VII and / or VIII and / or IX and / or X and / or XI and / or Repeating azole units of XII and / or XIII and / or XIV and / or XV and / or XVI and / or XVII and / or XVIII and / or XIX and / or XX and / or XXI and / or XXII:

(식 중,(In the meal,

라디칼 Ar 은 동일하거나 상이하며, 각각 단환 또는 다환일 수 있는 4 가 방향족 또는 헤테로방향족기이고;The radicals Ar are the same or different and each is a tetravalent aromatic or heteroaromatic group which may be monocyclic or polycyclic;

라디칼 Ar1 은 동일하거나 상이하며, 각각 단환 또는 다환일 수 있는 2 가 방향족 또는 헤테로방향족기이고;The radicals Ar 1 are the same or different and each is a divalent aromatic or heteroaromatic group which may be monocyclic or polycyclic;

라디칼 Ar2 는 동일하거나 상이하며, 각각 단환 또는 다환일 수 있는 2 가 또는 3 가 방향족 또는 헤테로방향족기이고;The radicals Ar 2 are the same or different and each is a divalent or trivalent aromatic or heteroaromatic group which may be monocyclic or polycyclic;

라디칼 Ar3 은 동일하거나 상이하며, 각각 단환 또는 다환일 수 있는 3 가 방향족 또는 헤테로방향족기이고;The radicals Ar 3 are the same or different and are each a trivalent aromatic or heteroaromatic group which may be monocyclic or polycyclic;

라디칼 Ar4 는 동일하거나 상이하며, 각각 단환 또는 다환일 수 있는 3 가 방향족 또는 헤테로방향족기이고;The radicals Ar 4 are the same or different and are each a trivalent aromatic or heteroaromatic group which may be monocyclic or polycyclic;

라디칼 Ar5 는 동일하거나 상이하며, 각각 단환 또는 다환일 수 있는 4 가 방향족 또는 헤테로방향족기이고;The radicals Ar 5 are the same or different and are tetravalent aromatic or heteroaromatic groups, which may each be monocyclic or polycyclic;

라디칼 Ar6 은 동일하거나 상이하며, 각각 단환 또는 다환일 수 있는 2 가 방향족 또는 헤테로방향족기이고;The radicals Ar 6 are the same or different and each is a divalent aromatic or heteroaromatic group which may be monocyclic or polycyclic;

라디칼 Ar7 은 동일하거나 상이하며, 각각 단환 또는 다환일 수 있는 2 가 방향족 또는 헤테로방향족기이고;The radicals Ar 7 are the same or different and each is a divalent aromatic or heteroaromatic group which may be monocyclic or polycyclic;

라디칼 Ar8 은 동일하거나 상이하며, 각각 단환 또는 다환일 수 있는 3 가 방향족 또는 헤테로방향족기이고;The radicals Ar 8 are the same or different and are each a trivalent aromatic or heteroaromatic group which may be monocyclic or polycyclic;

라디칼 Ar9 는 동일하거나 상이하며, 각각 단환 또는 다환일 수 있는 2 가 또는 3 가 또는 4 가 방향족 또는 헤테로방향족기이고;The radicals Ar 9 are the same or different and are a divalent or trivalent or tetravalent aromatic or heteroaromatic group which may be monocyclic or polycyclic, respectively;

라디칼 Ar10 은 동일하거나 상이하며, 각각 단환 또는 다환일 수 있는 2 가 또는 3 가 방향족 또는 헤테로방향족기이고;The radicals Ar 10 are the same or different and each is a divalent or trivalent aromatic or heteroaromatic group which may be monocyclic or polycyclic;

라디칼 Ar11 은 동일하거나 상이하며, 각각 단환 또는 다환일 수 있는 2 가 방향족 또는 헤테로방향족기이고;The radicals Ar 11 are the same or different and each is a divalent aromatic or heteroaromatic group which may be monocyclic or polycyclic;

라디칼 X 는 동일하거나 상이하며, 각각 산소, 황 또는 아미노기이며, 이는 추가 라디칼로서 하나의 수소 원자, 탄소수 1 내지 20 인 기, 바람직하게는 분지 또는 비분지 알킬 또는 알콕시기 또는 아릴기를 갖고;The radicals X are the same or different and each is an oxygen, sulfur or amino group, which has, as further radicals, one hydrogen atom, a group having 1 to 20 carbon atoms, preferably a branched or unbranched alkyl or alkoxy group or an aryl group;

라디칼 R 은 동일 또는 상이하며, 각각 수소, 알킬기 또는 방향족기이고; 및The radicals R are the same or different and are each hydrogen, an alkyl group or an aromatic group; And

n, m 은 각각 10 이상, 바람직하게는 100 이상의 정수이다).n and m are each an integer of 10 or more, preferably 100 or more).

본 발명에 따른 바람직한 방향족 또는 헤테로방향족기는, 또한 치환될 수 있는 벤젠, 나프탈렌, 비페닐, 디페닐에테르, 디페닐메탄, 디페닐디메틸메탄, 비스페놀, 디페닐술폰, 티오펜, 푸란, 피롤, 티아졸, 옥사졸, 이미다졸, 이소티아졸, 이속사졸, 피라졸, 1,3,4-옥사디아졸, 2,5-디페닐-1,3,4-옥사디아졸, 1,3,4-티아디아졸, 1,3,4-트리아졸, 2,5-디페닐-1,3,4-트리아졸, 1,2,5-트리페닐-1,3,4-트리아졸, 1,2,4-옥사디아졸, 1,2,4-티아디아졸, 1,2,4-트리아졸, 1,2,3-트리아졸, 1,2,3,4-테트라졸, 벤조[b]티오펜, 벤조[b]푸란, 인돌, 벤조[c]티오펜, 벤조[c]푸란, 이소인돌, 벤족사졸, 벤조티아졸, 벤즈이미다졸, 벤즈이속사졸, 벤즈이소티아졸, 벤조피라졸, 벤조티아디아졸, 벤조트리아졸, 디벤조푸란, 디벤조티오펜, 카르바졸, 피리딘, 비피리딘, 피라진, 피라졸, 피리미딘, 피리다진, 1,3,5-트리아진, 1,2,4-트리아진, 1,2,4,5-트리아진, 테트라진, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 퀴녹살린, 퀴나졸린, 신놀린, 1,8-나프티리딘, 1,5-나프티리딘, 1,6-나프티리딘, 1,7-나프티리딘, 프탈라진, 피리도피리미딘, 푸린, 프테리딘 또는 퀴놀리진, 4H-퀴놀리진, 디페닐에테르, 안트라센, 벤조피롤, 벤조옥사티아디아졸, 벤조옥사디아졸, 벤조피리딘, 벤조피라진, 벤조피라지딘, 벤조피리미딘, 벤조트리아진, 인돌리진, 피리도피리딘, 이미다조피리미딘, 피라지노피리미딘, 카르바졸, 아시리딘, 페나진, 벤조퀴놀린, 페녹사진, 페노티아진, 아크리디진, 벤조프테리딘, 페난트롤린 및 페난트렌으로부터 유도된다.Preferred aromatic or heteroaromatic groups according to the invention are benzene, naphthalene, biphenyl, diphenylether, diphenylmethane, diphenyldimethylmethane, bisphenol, diphenylsulfone, thiophene, furan, pyrrole, thia Sol, oxazole, imidazole, isothiazole, isoxazole, pyrazole, 1,3,4-oxadiazole, 2,5-diphenyl-1,3,4-oxadiazole, 1,3,4 -Thiadiazole, 1,3,4-triazole, 2,5-diphenyl-1,3,4-triazole, 1,2,5-triphenyl-1,3,4-triazole, 1, 2,4-oxadiazole, 1,2,4-thiadiazole, 1,2,4-triazole, 1,2,3-triazole, 1,2,3,4-tetazole, benzo [b ] Thiophene, benzo [b] furan, indole, benzo [c] thiophene, benzo [c] furan, isoindole, benzoxazole, benzothiazole, benzimidazole, benzisoxazole, benzisothiazole, benzopyra Sol, benzothiadiazole, benzotriazole, dibenzofuran, dibenzothiophene, carbazole, pyridine, bipyridine, pyrazine, pyrazole, pyrimidine, pyridazine, 1,3 , 5-triazine, 1,2,4-triazine, 1,2,4,5-triazine, tetrazine, quinoline, isoquinoline, quinoxaline, quinazoline, cinnoline, 1,8-naphthyridine, 1,5-naphthyridine, 1,6-naphthyridine, 1,7-naphthyridine, phthalazine, pyridopyrimidine, purine, pteridine or quinolizine, 4H-quinolizine, diphenyl ether, Anthracene, benzopyrrole, benzooxadiadiazole, benzooxadiazole, benzopyridine, benzopyrazine, benzopyrazidine, benzopyrimidine, benzotriazine, indolizin, pyridopyridine, imidazopyrimidine, pyrazino Derived from pyrimidine, carbazole, asyridine, phenazine, benzoquinoline, phenoxazine, phenothiazine, acridizin, benzopteridine, phenanthroline and phenanthrene.

Ar1, Ar4, Ar6, Ar7, Ar8, Ar9, Ar10 , Ar11 의 치환 패턴은 임의이며, 예컨대 페닐렌의 경우, Ar1, Ar4, Ar6, Ar7, Ar8, Ar9 , Ar10, Ar11 은 오르토-, 메타- 또는 파라-페닐렌일 수 있다. 특히 바람직한 기는, 또한 치환될 수 있는 벤젠 및 비페닐렌으로부터 유도된다.Substitution patterns of Ar 1 , Ar 4 , Ar 6 , Ar 7 , Ar 8 , Ar 9 , Ar 10 , Ar 11 are arbitrary, for example, for 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 preferred groups are derived from benzene and biphenylene which may also be substituted.

바람직한 알킬기는 메틸-, 에틸, n- 또는 i-프로필 및 t-부틸기와 같은 탄소수 1 내지 4 의 단쇄 알킬기이다.Preferred alkyl groups are short-chain alkyl groups having from 1 to 4 carbon atoms such as methyl-, ethyl, n- or i-propyl and t-butyl groups.

바람직한 방향족기는 페닐 및 나프틸기이다. 알킬기 및 방향족기는 치환될 수 있다.Preferred aromatic groups are phenyl and naphthyl groups. Alkyl and aromatic groups may be substituted.

바람직한 치환기는 불소와 같은 할로겐 원자, 아미노기, 히드록시기 또는 메틸- 또는 에틸기와 같은 단쇄 알킬기이다.Preferred substituents are halogen atoms such as fluorine, amino groups, hydroxy groups or short-chain alkyl groups such as methyl- or ethyl groups.

하나의 반복 단위내의 X 라디칼이 동일한 화학식 I 의 반복 단위를 갖는 폴리아졸이 바람직하다.Preference is given to polyazoles in which the X radicals in one repeat unit have the same repeat unit of formula (I).

폴리아졸은 또한, 예컨대 X 라디칼이 상이한 다른 반복 단위를 기본적으로 가질 수 있다. 그러나, 반복 단위내에 단지 동일한 X 라디칼만 있는 것이 바람직하다.The polyazoles may also basically have other repeating units, for example different from X radicals. However, it is preferred that there are only identical X radicals in the repeat unit.

본 발명의 추가의 구현예에서, 반복 아졸 단위를 포함하는 중합체는 서로 다른 화학식 I 내지 XXII 의 두 단위 이상을 포함하는 혼화물 또는 공중합체이다. 중합체는 블록 공중합체 (디블록, 트리블록), 랜덤 공중합체, 주기 공중합체 및/또는 교호 중합체의 형태일 수 있다.In a further embodiment of the invention, the polymer comprising repeating azole units is a blend or copolymer comprising two or more units of different formulas (I) to (XXII). The polymer may be in the form of block copolymers (diblock, triblock), random copolymers, periodic copolymers and / or alternating polymers.

중합체내의 아졸 반복 단위의 수는 바람직하게는 10 이상의 정수이다. 특히 바람직한 중합체는 100 이상의 반복 아졸 단위를 포함한다.The number of azole repeat units in the polymer is preferably an integer of at least 10. Particularly preferred polymers comprise at least 100 repeating azole units.

본 발명의 목적을 위해서는, 반복 벤즈이미다졸 단위를 포함하는 중합체가 바람직하다. 반복 벤즈이미다졸 단위를 포함하는 매우 유리한 중합체의 몇몇 예를 하기 화학식으로 나타낸다:For the purposes of the present invention, polymers containing repeat benzimidazole units are preferred. Some examples of very advantageous polymers comprising repeat benzimidazole units are represented by the formula:

(식 중, m 및 n 은 각각 10 이상, 바람직하게는 100 이상의 정수이다).(Wherein m and n are each an integer of 10 or more, preferably 100 or more).

추가의 바람직한 폴리아졸 중합체는 폴리이미다졸, 폴리벤즈이미다졸에테르케톤, 폴리벤조티아졸, 폴리벤족사졸, 폴리트리아졸, 폴리옥사디아졸, 폴리티아디아졸, 폴리피라졸, 폴리퀴녹살린, 폴리(피리딘), 폴리(피리미딘) 및 폴리(테트라자피렌)이다.Further preferred polyazole polymers are polyimidazole, polybenzimidazole ether ketone, polybenzothiazole, polybenzoxazole, polytriazole, polyoxadiazole, polythiadiazole, polypyrazole, polyquinoxaline, poly (Pyridine), poly (pyrimidine) and poly (tetrazapyrene).

특히 바람직한 것은, Celanese 제의 Celazole 이며, 구체적으로 독일 특허 출원 10129458.1 에 기재된 바와 같이 시빙 (Sieving) 공정을 행한 중합체가 사용되는 것이다.Particularly preferred is Celazole manufactured by Celanese, and specifically, a polymer subjected to a sieving process as described in German patent application 10129458.1 is used.

사용되는 폴리아졸, 그러나 특히 폴리벤즈이미다졸은 높은 분자량을 가진다. 고유 점도로 측정하면, 이것은 바람직하게는 0.2 ㎗/g 이상, 특히 0.8 내지 10 ㎗/g 이며, 특히 바람직하게는 1 내지 10 ㎗/g 이다.The polyazoles used, but in particular the polybenzimidazoles, have a high molecular weight. When measured by the intrinsic viscosity, it is preferably 0.2 dl / g or more, in particular 0.8 to 10 dl / g, particularly preferably 1 to 10 dl / g.

또한, 독일 특허 출원 10117687.2 에 기재된 방법으로 수득된 폴리아졸이 바람직하다.Also preferred are polyazoles obtained by the method described in German patent application 10117687.2.

바람직한 중합체에는, 폴리술폰, 특히 주쇄에 방향족 및/또는 헤테로방향족기를 갖는 폴리술폰이 포함된다. 본 발명의 특정 측면에 따르면, 바람직한 폴리술폰 및 폴리에테르술폰은 ISO 1133 에 따라 측정되는, 40 ㎤/10 분 이하, 특히 30 ㎤/10 분 이하, 특히 바람직하게는 20 ㎤/10 분 이하의 용융 체적 유속 MVR 300/21.6 을 갖는다. 여기에서는, 180 ℃ 내지 230 ℃ 의 Vicat 연화점 VST/A/50 을 갖는 폴리술폰이 바람직하다. 본 발명의 추가적 바람직한 구현예에서, 폴리술폰의 수 평균 분자량은 30,000 g/mol 초과이다.Preferred polymers include polysulfones, especially polysulfones having aromatic and / or heteroaromatic groups in the main chain. According to certain aspects of the invention, preferred polysulfones and polyethersulfones have a melting of 40 cm 3/10 minutes or less, in particular 30 cm 3/10 minutes or less, particularly preferably 20 cm 3/10 minutes or less, measured according to ISO 1133. Volumetric flow rate MVR 300 / 21.6. Here, polysulfone which has the Vicat softening point VST / A / 50 of 180 degreeC-230 degreeC is preferable. In a further preferred embodiment of the invention, the number average molecular weight of the polysulfone is greater than 30,000 g / mol.

폴리술폰 기재 중합체에는 특히 화학식 A, B, C, D, E, F 및/또는 G 에 상응하는, 결합 술폰기를 갖는 반복 단위를 함유하는 중합체가 포함된다:Polysulfone based polymers include, in particular, polymers containing repeating units having a bonding sulfone group, corresponding to formulas A, B, C, D, E, F and / or G:

(식 중, 라디칼 R 은 동일 또는 상이하며, 각각 서로 독립적으로 방향족 또는 헤테로방향족기를 나타내며, 이들 라디칼은 이미 상세히 설명하였다. 이들에는 특히 1,2-페닐렌, 1,3-페닐렌, 1,4-페닐렌, 4,4'-비페닐, 피리딘, 퀴놀린, 나프탈렌 및 페난트렌이 포함된다.Wherein the radicals R are the same or different and each independently represent an aromatic or heteroaromatic group, and these radicals have already been described in detail. These include in particular 1,2-phenylene, 1,3-phenylene, 1, 4-phenylene, 4,4'-biphenyl, pyridine, quinoline, naphthalene and phenanthrene.

본 발명의 목적에 바람직한 폴리술폰에는, 단독중합체 및 공중합체, 예를 들어 랜덤 공중합체가 포함된다. 특히 바람직한 폴리술폰은 화학식 H 내지 N의 반복 단위를 포함한다:Preferred polysulfones for the purposes of the present invention include homopolymers and copolymers such as random copolymers. Particularly preferred polysulfones comprise repeating units of formula H to N:

상술된 폴리술폰은, 상표명 Victrex 200P, Victrex 720P, Ultrason E, Ultrason S, Mindel, Radel A, Radel R, Victrex HTA, Astrel 및 Udel 로 시판된다.The polysulfone mentioned above is a brand name Victrex 200P, Victrex 720P, Ultrason E, Ultrason S, Mindel, Radel A, Radel R, Victrex HTA, Astrel and Marketed as Udel.

또한, 폴리에테르케톤, 폴리에테르케톤케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤케톤 및 폴리아릴케톤이 특히 바람직하다. 이들 고성능 중합체는 그 자체로 공지되었으며, 상표명 Victrex PEEKTM, Hostatec 및 Kadel 으로 시판된다.Moreover, polyether ketone, polyether ketone ketone, polyether ether ketone, polyether ether ketone ketone and polyaryl ketone are particularly preferable. These high performance polymers are known per se, under the trade name Victrex PEEK TM , Hostatec and Sold by Kadel.

상기 언급된 중합체는 개별적으로, 또는 혼합물 (혼화물) 로서 사용될 수 있다. 폴리아졸 및/또는 폴리술폰을 함유하는 혼화물이 특히 바람직하다. 혼화물을 사용함으로써, 기계적 특징을 개선시키고, 재료비를 감소시킬 수 있다.The polymers mentioned above can be used individually or as mixtures (mixtures). Particular preference is given to blends containing polyazoles and / or polysulfones. By using the admixture, it is possible to improve the mechanical characteristics and to reduce the material cost.

자유 라디칼을 발생시키기 위해서, 중합체를 충분한 농도의 자유 라디칼이 수득될 때까지 단계 A) 에서 단일 방사선 또는 다양한 유형의 방사선으로 일회 이상 처리한다. 사용되는 방사선의 유형은, 예를 들면 전자기 방사선, 구체적으로 γ-선, 및/또는 전자빔, 예를 들면 β-선이다. 충분히 고농도의 자유 라디칼은 1 내지 500 kGy, 바람직하게는 3 내지 300 kGy, 매우 특히 바람직하게는 5 내지 200 kGy 의 방사선량으로 달성할 수 있다. 전자로의 조사가 특히 바람직하다. 조사는 공기 또는 불활성 가스중에서 수행될 수 있다. 조사후에, 시료는, 자유 라디칼 활성이 많이 줄어들지 않게 하면서, -50 ℃ 미만의 온도에서 수주 동안 보관할 수 있다.In order to generate free radicals, the polymer is treated at least once with single radiation or various types of radiation in step A) until a sufficient concentration of free radicals is obtained. The type of radiation used is for example electromagnetic radiation, in particular γ-rays, and / or electron beams, for example β-rays. A sufficiently high concentration of free radicals can be achieved with radiation doses of 1 to 500 kGy, preferably 3 to 300 kGy, very particularly preferably 5 to 200 kGy. Irradiation with the electron furnace is especially preferable. Irradiation can be carried out in air or inert gas. After irradiation, the sample can be stored for several weeks at a temperature below -50 ° C. without causing much reduction in free radical activity.

단계 B) 및 C) 에서는 용매를 사용하는 것이 가능하다. 이 경우, 임의의 유기 또는 무기 용매를 사용할 수 있다. 유기 용매는 특히 디메틸 술폭시드 (DMSO), 에스테르, 예를 들면 에틸 아세테이트와 같은 극성 비양성자성 용매 및 알코올, 예를 들면 에탄올, 프로판올, 이소프로판올 및/또는 부탄올과 같은 극성 양성자성 용매를 포함한다. KOH 및/또는 NaOH 와 같은 강 염기가 극성 양성자성 용매, 특히 알코올에 첨가될 수 있다. 무기 용매는 특히 물, 인산 및 폴리인산을 포함한다.In steps B) and C) it is possible to use a solvent. In this case, any organic or inorganic solvent can be used. Organic solvents include in particular polar aprotic solvents such as dimethyl sulfoxide (DMSO), esters such as ethyl acetate and polar protic solvents such as alcohols such as ethanol, propanol, isopropanol and / or butanol. Strong bases such as KOH and / or NaOH can be added to the polar protic solvents, in particular alcohols. Inorganic solvents include especially water, phosphoric acid and polyphosphoric acid.

단계 A) 로부터의 중합체와 단계 B) 로부터의 비닐 함유 산 단량체의 균질 혼합물을 생성하는 용매가 바람직하다. 바람직한 용매는 디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드 또는 디메틸 술폭시드 (DMSO) 와 같은 비양성자성 용매이다.Preference is given to a solvent which produces a homogeneous mixture of the polymer from step A) and the vinyl containing acid monomer from step B). Preferred solvents are aprotic solvents such as dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide or dimethyl sulfoxide (DMSO).

비닐 함유 포스폰산은 당업자에게 공지되어 있다. 이들은 하나 이상의 탄소-탄소 이중 결합 및 하나 이상의 포스폰산기를 함유하는 화합물이다. 바람직하게는, 탄소-탄소 이중 결합을 형성하는 두개의 탄소 원자는 이중 결합의 최소한의 입체 구조적 방해에 이르게하는 기에 두개 이상, 바람직하게는 세개의 결합을 포함한다. 이러한 기는 무엇보다도 특히 수소 원자 및 할로겐 원자, 특히 불소 원자를 포함한다. 본 발명의 맥락에서, 폴리비닐포스폰산은 비닐 함유 포스폰산 단독의 중합 반응 또는 모노머 및/또는 가교제와의 중합 반응에 의해 수득되는 중합 생성물이다.Vinyl containing phosphonic acids are known to those skilled in the art. These are compounds containing at least one carbon-carbon double bond and at least one phosphonic acid group. Preferably, the two carbon atoms forming the carbon-carbon double bond comprise two or more, preferably three, bonds in the group leading to minimal steric structural interference of the double bond. Such groups include, among others, hydrogen atoms and halogen atoms, in particular fluorine atoms. In the context of the present invention, polyvinylphosphonic acid is a polymerization product obtained by polymerization of vinyl-containing phosphonic acid alone or polymerization of monomers and / or crosslinkers.

비닐 함유 포스폰산은 하나, 둘, 셋 또는 그 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 포함할 수 있다. 나아가, 비닐 함유 포스폰산은 하나, 둘, 셋 또는 그 이상의 포스폰산기를 포함할 수 있다.The vinyl containing phosphonic acid may comprise one, two, three or more carbon-carbon double bonds. Furthermore, the vinyl containing phosphonic acid may comprise one, two, three or more phosphonic acid groups.

일반적으로, 비닐 함유 포스폰산은 2 내지 20, 바람직하게는 2 내지 10 개의 탄소 원자를 포함한다.In general, vinyl containing phosphonic acids comprise 2 to 20, preferably 2 to 10 carbon atoms.

단계 B) 에서 사용된 비닐 함유 포스폰산은 바람직하게는 하기 화학식:The vinyl containing phosphonic acid used in step B) is preferably of the formula:

(식 중에서,(In the formula,

R 은 결합, C1-C15 알킬기, C1-C15 알콕시기, 에틸렌옥시기 또는 C5-C20 아릴 또는 헤테로아릴기이며, 여기에서 상기 언급한 라디칼 자체는 할로겐, -OH, COOZ, -CN, NZ2 로 치환될 수 있고,R is a bond, a C1-C15 alkyl group, a C1-C15 alkoxy group, an ethyleneoxy group or a C5-C20 aryl or heteroaryl group, wherein the radicals mentioned above are halogen, -OH, COOZ, -CN, NZ 2 Can be substituted,

라디칼 Z 는 각각 서로 독립적으로 수소, C1-C15 알킬기, C1-C15 알콕시기, 에틸렌옥시기 또는 C5-C20 아릴 또는 헤테로아릴기이며, 여기에서 상기 언급한 라디칼 자체는 할로겐, -OH, -CN 으로 치환될 수 있으며,The radicals Z, each independently, represent hydrogen, a C1-C15 alkyl group, a C1-C15 alkoxy group, an ethyleneoxy group or a C5-C20 aryl or heteroaryl group, wherein the radicals mentioned above are halogen, -OH, -CN Can be substituted,

x 는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10 이고,x is 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10,

y 는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10 이다),y is 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10),

및/또는 하기 화학식:And / or the following formula:

(식 중에서,(In the formula,

R 은 결합, C1-C15 알킬기, C1-C15 알콕시기, 에틸렌옥시기 또는 C5-C20 아릴 또는 헤테로아릴기이며, 여기에서 상기 언급한 라디칼 자체는 할로겐, -OH, COOZ, -CN, NZ2 로 치환될 수 있고,R is a bond, a C1-C15 alkyl group, a C1-C15 alkoxy group, an ethyleneoxy group or a C5-C20 aryl or heteroaryl group, wherein the radicals mentioned above are halogen, -OH, COOZ, -CN, NZ 2 Can be substituted,

라디칼 Z 는 각각 서로 독립적으로 수소, C1-C15 알킬기, C1-C15 알콕시기, 에틸렌옥시기 또는 C5-C20 아릴 또는 헤테로아릴기이며, 여기에서 상기 언급한 라디칼 자체는 할로겐, -OH, -CN 으로 치환될 수 있으며,The radicals Z, each independently, represent hydrogen, a C1-C15 alkyl group, a C1-C15 alkoxy group, an ethyleneoxy group or a C5-C20 aryl or heteroaryl group, wherein the radicals mentioned above are halogen, -OH, -CN Can be substituted,

x 는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10 이다),x is 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10),

및/또는 하기 화학식:And / or the following formula:

(식 중에서,(In the formula,

A 는 화학식 COOR2, CN, CONR2 2, OR2 및/또는 R2 의 기이고, 여기에서 R2 는 수소, C1-C15 알킬기, C1-C15 알콕시기, 에틸렌옥시기 또는 C5-C20 아릴 또는 헤테로아릴기이며, 여기에서 상기 언급한 라디칼 자체는 할로겐, -OH, COOZ, -CN, NZ2 로 치환될 수 있고,A is a group of formula COOR 2 , CN, CONR 2 2 , OR 2 and / or R 2 , wherein R 2 is hydrogen, C 1 -C 15 alkyl group, C 1 -C 15 alkoxy group, ethyleneoxy group or C 5 -C 20 aryl or Heteroaryl group, wherein the radicals mentioned above may be substituted with halogen, -OH, COOZ, -CN, NZ 2 ,

R 은 결합, 2 가 C1-C15 알킬렌기, 2 가 C1-C15 알콕시기, 예를 들면 에틸렌옥시기, 또는 2 가 C5-C20 아릴 또는 헤테로아릴기이며, 여기에서 상기 언급한 라디칼 자체는 할로겐, -OH, COOZ, -CN, NZ2 로 치환될 수 있고,R is a bond, a divalent C1-C15 alkylene group, a divalent C1-C15 alkoxy group, for example an ethyleneoxy group, or a divalent C5-C20 aryl or heteroaryl group, wherein the radicals mentioned above are halogen, May be substituted with -OH, COOZ, -CN, NZ 2 ,

라디칼 Z 는 각각 서로 독립적으로 수소, C1-C15 알킬기, C1-C15 알콕시기, 에틸렌옥시기 또는 C5-C20 아릴 또는 헤테로아릴기이며, 여기에서 상기 언급한 라디칼 자체는 할로겐, -OH, -CN 으로 치환될 수 있으며,The radicals Z, each independently, represent hydrogen, a C1-C15 alkyl group, a C1-C15 alkoxy group, an ethyleneoxy group or a C5-C20 aryl or heteroaryl group, wherein the radicals mentioned above are halogen, -OH, -CN Can be substituted,

x 는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10 이다)x is 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10)

의 화합물이다.Compound.

바람직한 비닐 함유 포스폰산은 특히 포스폰산기를 함유하는 알켄, 예컨대 에텐포스폰산, 프로펜포스폰산, 부텐포스폰산; 포스폰산기를 함유하는 아크릴산 및/또는 메타크릴산 화합물, 예컨대, 2-포스포노메틸-아크릴산, 2-포스포노메틸-메타크릴산, 2-포스포노메틸-아크릴 아미드 및 2-포스포노메틸-메타크릴 아미드를 포함한다.Preferred vinyl containing phosphonic acids are in particular alkenes containing phosphonic acid groups such as ethenephosphonic acid, propenephosphonic acid, butenephosphonic acid; Acrylic and / or methacrylic acid compounds containing phosphonic acid groups, such as 2-phosphonomethyl-acrylic acid, 2-phosphonomethyl-methacrylic acid, 2-phosphonomethyl-acryl amide and 2-phosphonomethyl- Methacryl amides.

예를 들면 Aldrich 또는 Clariant GmbH 에서 시판되는 유형의 통상적인 시중의 비닐포스폰산 (에텐 포스폰산) 이 특히 바람직하게 사용된다. 바람직한 비닐포스폰산은 70 % 초과, 바람직하게는 90 % 초과 및 특히 바람직하게는 97 % 초과의 순도를 가진다.Particularly preferably used are commercially available vinylphosphonic acids (ethene phosphonic acid) of the type commercially available, for example, from Aldrich or Clariant GmbH. Preferred vinylphosphonic acids have a purity of greater than 70%, preferably greater than 90% and particularly preferably greater than 97%.

또한, 비닐 함유 포스폰산은 유도체의 형태로 사용될 수 있으며, 이는 이어서 산으로 전환될 수 있고, 상기 산으로의 전환은 중합화 상태에서 또한 일어날 수 있다. 상기 유형의 유도체는 구체적으로 비닐 함유 포스폰산의 염, 에스테르, 할라이드 및 아미드를 포함한다.In addition, the vinyl-containing phosphonic acid can be used in the form of derivatives, which can then be converted to an acid, which can also take place in the polymerized state. Derivatives of this type specifically include salts, esters, halides and amides of vinyl containing phosphonic acids.

비닐 함유 술폰산은 당업계에 공지되어 있다. 이들은 하나 이상의 탄소-탄소 이중 결합 및 하나 이상의 술폰산기를 함유하는 화합물이다. 바람직하게는, 탄소-탄소 이중 결합을 형성하는 2 개의 탄소 원자는 이중 결합의 낮은 입체 장애에 이르게 하는 기에, 바람직하게는 2 개 이상, 더욱 바람직하게는 3 개의 결합을 갖는다. 이들 기에는 특히 수소 원자 및 할로겐 원자, 특히 불소 원자가 포함된다. 본 발명의 범위 내에서, 폴리비닐술폰산은 비닐 함유 술폰산의 단독 중합 또는 다른 단량체 및/또는 가교결합제와의 중합으로 수득되는 중합 생성물이다.Vinyl containing sulfonic acids are known in the art. These are compounds containing at least one carbon-carbon double bond and at least one sulfonic acid group. Preferably, the two carbon atoms forming the carbon-carbon double bond have at least two, more preferably three bonds in the group leading to the low steric hindrance of the double bond. These groups include in particular hydrogen atoms and halogen atoms, in particular fluorine atoms. Within the scope of the present invention, polyvinylsulfonic acid is a polymerization product obtained by homopolymerization of vinyl containing sulfonic acids or polymerization with other monomers and / or crosslinkers.

비닐 함유 술폰산은 1 개, 2 개, 3 개 또는 그 이상의 탄소-탄소 이중결합을 포함할 수 있다. 또한, 비닐 함유 술폰산은 1 개, 2 개, 3 개 또는 그 이상의 술폰산기를 포함할 수 있다.The vinyl containing sulfonic acid may comprise one, two, three or more carbon-carbon double bonds. In addition, the vinyl containing sulfonic acid may comprise one, two, three or more sulfonic acid groups.

통상, 비닐 함유 술폰산은 2∼20, 바람직하게는 2∼10 개의 탄소 원자를 포함한다.Usually, vinyl containing sulfonic acids contain 2 to 20, preferably 2 to 10 carbon atoms.

단계 B) 에서 사용되는 비닐 함유 술폰산은 바람직하게는 하기 화학식:The vinyl containing sulfonic acid used in step B) is preferably of the formula:

(식 중에서,(In the formula,

R 은 결합, C1-C15-알킬기, C1-C15-알콕시기, 에틸렌옥시기 또는 C5-C20-아릴 또는 헤테로아릴기이고, 여기에서 상기 언급한 라디칼 자체는 할로겐, -OH, COOZ, -CN, NZ2 로 치환될 수 있고,R is a bond, a C1-C15-alkyl group, a C1-C15-alkoxy group, an ethyleneoxy group or a C5-C20-aryl or heteroaryl group, wherein the radicals mentioned above are halogen, -OH, COOZ, -CN, May be substituted with NZ 2 ,

라디칼 Z 는 각각 서로 독립적으로 수소, C1-C15-알킬기, C1-C15-알콕시기, 에틸렌옥시기 또는 C5-C20-아릴 또는 헤테로아릴기이고, 여기에서 상기 언급한 라디칼 자체는 할로겐, -OH, -CN 으로 치환될 수 있고,The radicals Z are each, independently of one another, hydrogen, a C1-C15-alkyl group, a C1-C15-alkoxy group, an ethyleneoxy group or a C5-C20-aryl or heteroaryl group, wherein the radicals mentioned above are halogen, -OH, May be substituted with -CN,

x 는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10 이고,x is 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10,

y 는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10 이다),y is 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10),

및/또는 하기 화학식:And / or the following formula:

(식 중에서,(In the formula,

R 은 결합, C1-C15-알킬기, C1-C15-알콕시기, 에틸렌옥시기 또는 C5-C20-아릴 또는 헤테로아릴기이고, 여기에서 상기 언급한 라디칼 자체는 할로겐, -OH, C00Z, -CN, NZ2 로 치환될 수 있고,R is a bond, C1-C15-alkyl group, C1-C15-alkoxy group, ethyleneoxy group or C5-C20-aryl or heteroaryl group, wherein the radicals mentioned above are halogen, -OH, C00Z, -CN, May be substituted with NZ 2 ,

라디칼 Z 는 각각 서로 독립적으로 수소, C1-C15-알킬기, C1-C15-알콕시기, 에틸렌옥시기 또는 C5-C20-아릴 또는 헤테로아릴기이고, 여기에서 상기 언급한 라디칼 자체는 할로겐, -OH, -CN 으로 치환될 수 있고,The radicals Z are each, independently of one another, hydrogen, a C1-C15-alkyl group, a C1-C15-alkoxy group, an ethyleneoxy group or a C5-C20-aryl or heteroaryl group, wherein the radicals mentioned above are halogen, -OH, May be substituted with -CN,

x 는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10 이다),x is 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10),

및/또는 하기 화학식:And / or the following formula:

(식 중에서,(In the formula,

A 는 화학식 COOR2, CN, C0NR2 2, OR2 및/또는 R2 의 기이고, 여기에서 R2 는 수소, C1-C15-알킬기, C1-C15-알콕시기, 에틸렌옥시기 또는 C5-C20-아릴 또는 헤테로아릴기이며, 여기에서 상기 언급한 라디칼 자체는 할로겐, -OH, COOZ, -CN, NZ2 로 치환될 수 있고,A is a group of the formula COOR 2 , CN, C0NR 2 2 , OR 2 and / or R 2 , wherein R 2 is hydrogen, C 1 -C 15 -alkyl group, C 1 -C 15 -alkoxy group, ethyleneoxy group or C 5 -C 20 -Aryl or heteroaryl group, wherein the radicals mentioned above can be substituted by halogen, -OH, COOZ, -CN, NZ 2 ,

R 은 결합, 2 가 C1-C15-알킬렌기, 2 가 C1-C15-알콕시기, 예를 들어 에틸렌옥시기 또는 2 가 C5-C20-아릴 또는 헤테로아릴기이고, 여기에서 상기 언급한 라디칼 자체는 할로겐, -OH, COOZ, -CN, NZ2 로 치환될 수 있고,R is a bond, a divalent C1-C15-alkylene group, a divalent C1-C15-alkoxy group, for example an ethyleneoxy group or a divalent C5-C20-aryl or heteroaryl group, wherein the radicals mentioned above Halogen, -OH, COOZ, -CN, NZ 2 ,

라디칼 Z 는 각각 서로 독립적으로 수소, C1-C15-알킬기, C1-C15-알콕시기, 에틸렌옥시기 또는 C5-C20-아릴 또는 헤테로아릴기이고, 여기에서 상기 언급한 라디칼 자체는 할로겐, -OH, -CN 으로 치환될 수 있고,The radicals Z are each, independently of one another, hydrogen, a C1-C15-alkyl group, a C1-C15-alkoxy group, an ethyleneoxy group or a C5-C20-aryl or heteroaryl group, wherein the radicals mentioned above are halogen, -OH, May be substituted with -CN,

x 는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10 이다)x is 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10)

의 화합물이다.Compound.

바람직한 비닐 함유 술폰산에는 특히 술폰산기를 포함하는 알켄, 예컨대 에텐 술폰산, 프로펜 술폰산, 부텐 술폰산; 술폰산기를 포함하는 아크릴산 및/또는 메타크릴산 화합물, 예컨대 2-술포메틸-아크릴산, 2-술포메틸-메타크릴산, 2-술포메틸-아크릴 아미드 및 2-술포메틸-메타크릴 아미드가 포함된다.Preferred vinyl containing sulfonic acids include, in particular, alkenes comprising sulfonic acid groups such as ethene sulfonic acid, propene sulfonic acid, butene sulfonic acid; Acrylic acid and / or methacrylic acid compounds comprising sulfonic acid groups, such as 2-sulfomethyl-acrylic acid, 2-sulfomethyl-methacrylic acid, 2-sulfomethyl-acrylamide and 2-sulfomethyl-methacryl amide.

시판되고 있는 비닐 술폰산 (에텐 술폰산), 예컨대 Aldrich 또는 Clariant GmbH 로부터 수득할 수 있는 것을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 바람직한 비닐 술폰산은 70 % 초과, 특히 90 % 초과, 특히 바람직하게는 97 % 초과의 순도를 갖는다.Particular preference is given to using commercially available vinyl sulfonic acids (ethene sulfonic acids) such as those obtainable from Aldrich or Clariant GmbH. Preferred vinyl sulfonic acids have a purity of greater than 70%, in particular greater than 90%, particularly preferably greater than 97%.

비닐 함유 술폰산은 또한 후속적으로 산으로 전환될 수 있는 유도체 형태로 사용될 수 있고, 상기 산으로의 전환은 중합된 상태에서도 가능하다. 이들 유도체에는 특히 비닐 함유 술폰산의 염, 에스테르, 아미드 및 할라이드가 포함된다.Vinyl containing sulfonic acids can also be used in the form of derivatives which can subsequently be converted to acids, which are also possible in the polymerized state. These derivatives include especially salts, esters, amides and halides of vinyl containing sulfonic acids.

단계 B) 및 단계 C) 에서 사용된 혼합물은 비닐 함유 포스폰산 단량체 또는 비닐 함유 술폰산 단량체를 포함한다. 나아가, 상기 혼합물은 비닐 함유 술폰산 단량체 및 비닐 함유 포스폰산 단량체 모두를 포함할 수 있다. 비닐 함유 술폰산 단량체 대 비닐 함유 포스폰산 단량체의 혼합비는 바람직하게는 1:99 내지 99:1, 더욱 바람직하게는 1:50 내지 50:1, 특히 1:25 내지 25:1 의 범위이다.The mixture used in steps B) and C) comprises a vinyl containing phosphonic acid monomer or a vinyl containing sulfonic acid monomer. Furthermore, the mixture may comprise both vinyl containing sulfonic acid monomers and vinyl containing phosphonic acid monomers. The mixing ratio of vinyl containing sulfonic acid monomer to vinyl containing phosphonic acid monomer is preferably in the range of 1:99 to 99: 1, more preferably 1:50 to 50: 1, especially 1:25 to 25: 1.

그라프팅에 사용된 조성물중의 비닐술폰산 단량체의 함량은 바람직하게는 1 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 5 중량% 이상, 특히 바람직하게는 10 내지 97 중량% 범위이다.The content of the vinylsulfonic acid monomer in the composition used for the grafting is preferably in the range of 1% by weight or more, more preferably 5% by weight or more, particularly preferably 10 to 97% by weight.

그라프팅에 사용된 조성물중의 비닐포스폰산 단량체의 함량은 바람직하게는 3 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 5 중량% 이상, 특히 바람직하게는 10 내지 99 중량% 범위이다.The content of vinylphosphonic acid monomer in the composition used for grafting is preferably in the range of at least 3% by weight, more preferably at least 5% by weight and particularly preferably in the range of 10 to 99% by weight.

단계 B) 에서 제조된 비닐포스폰산/비닐술폰산을 포함하는 혼합물 및 그라프팅에 사용되는 조성물은 용액일 수 있으며, 이는 추가로 현탁 또는 분산된 성분을 함유할 수 있다.The mixture comprising vinylphosphonic acid / vinylsulfonic acid prepared in step B) and the composition used for grafting may be a solution, which may further contain suspended or dispersed components.

단계 C) 에서의 비닐 함유 포스폰산/술폰산 단량체의 중합은 실온 (20 ℃) 초과 및 200 ℃ 미만의 온도에서, 바람직하게는 40 ℃ 내지 150 ℃ 범위의 온도에서, 특히 50 ℃ 내지 120 ℃ 에서 수행된다. 중합은 바람직하게는 대기압에서 수행되지만, 또한 초대기압에서도 수행될 수 있다. 중합은 바람직하게는 질소와 같은 불활성 가스하에서 수행된다. 중합은 부피 및 중량에 있어 증가를 초래한다. 그라프팅도는 그라프팅 동안의 중량 증가로 특징되며, 10 % 이상, 바람직하게는 20 % 초과 및 매우 특히 바람직하게는 50 % 초과이다. 그라프팅도는 하기 식에 따라서, 그라프팅 전의 건조 필름의 질량 m0, 및 그라프팅 및 세척 (단계 D) 후의 건조 필름의 질량 m1 로부터 계산된다.The polymerization of the vinyl containing phosphonic acid / sulfonic acid monomer in step C) is carried out at temperatures above room temperature (20 ° C.) and below 200 ° C., preferably at a temperature in the range from 40 ° C. to 150 ° C., in particular at 50 ° C. to 120 ° C. do. The polymerization is preferably carried out at atmospheric pressure, but can also be carried out at superatmospheric pressure. The polymerization is preferably carried out under an inert gas such as nitrogen. Polymerization results in an increase in volume and weight. The degree of grafting is characterized by an increase in weight during grafting and is at least 10%, preferably greater than 20% and very particularly preferably greater than 50%. The grafting degree is calculated from the mass m 0 of the dry film before grafting and the mass m 1 of the dry film after grafting and washing (step D) according to the following formula.

그라프팅도 = (m1 - m0) / m0 * 100Grafting degree = (m 1 -m 0 ) / m 0 * 100

상기 단계들을 한번 거친 후에, 이들을 기술된 순서대로 수차례 반복할 수 있다. 반복 횟수는 목적하는 그라프팅도에 의존한다.After these steps, they can be repeated several times in the order described. The number of iterations depends on the degree of grafting desired.

단계 C) 에서 수득된 중합체는 0.5 내지 96 중량% 의 유기 중합체와 99.5 내지 4 중량% 의 폴리비닐포스폰산 및/또는 폴리비닐술폰산을 포함한다. 단계 C) 에서 수득된 중합체는 바람직하게는 3 내지 90 중량% 의 유기 중합체와 97 내지 10 중량% 의 폴리비닐포스폰산 및/또는 폴리비닐술폰산을 포함한다.The polymer obtained in step C) comprises 0.5 to 96% by weight of organic polymer and 99.5 to 4% by weight of polyvinylphosphonic acid and / or polyvinylsulfonic acid. The polymer obtained in step C) preferably comprises 3 to 90% by weight of organic polymer and 97 to 10% by weight of polyvinylphosphonic acid and / or polyvinylsulfonic acid.

단계 C) 에 따라서 수득된 중합체를 포함하는 중합체 용액으로부터 시이트상 구조물, 특히 중합체 필름의 주조 (단계 D) 는 종래 기술로부터 그 자체로 공지된 수단에 의해서 수행된다. 예를 들면, 단계 C) 에 따라서 수득된 혼합물을 주조에 사용할 수 있다. 또한, 수득된 그라프트화된 중합체를 먼저 단계 C) 로부터의 혼합물로부터 분리하고, 그 후, 분리된 중합체를 상기에 예시한 용매에 용해시키고, 이어서 주조하여 필름을 제조한다.The casting of the sheet-like structure, in particular the polymer film, from the polymer solution comprising the polymer obtained according to step C) (step D) is carried out by means known per se from the prior art. For example, the mixture obtained according to step C) can be used for casting. In addition, the grafted polymer obtained is first separated from the mixture from step C), and then the separated polymer is dissolved in the solvent exemplified above, and then cast to prepare a film.

단계 D) 에 따른 주조 후에, 시이트상 구조물중에 존재하는 단량체 잔류물을 열적, 광화학적, 화학적 및/또는 전기화학적으로 중합시킬 수 있다. 용매 잔류물의 비율에 따라서, 단계 E) 에 따른 건조가 달성되며, 이로써 자립형 막이 제조된다.After casting according to step D), the monomer residues present in the sheet-like structure can be thermally, photochemically, chemically and / or electrochemically polymerized. Depending on the proportion of solvent residues, drying according to step E) is achieved, whereby a freestanding membrane is produced.

중합은, 예를 들면 IR 또는 NIR (IR = 적외선, 즉 700 nm 초과의 파장을 갖는 광; NIR = 근적외선, 즉 대략 700 내지 2,000 nm 범위 파장 또는 대략 0.6 내지 1.75 eV 범위의 에너지를 갖는 광) 의 작용에 의해서 수행될 수 있다.The polymerization can be carried out by way of example of IR or NIR (IR = infrared, ie light having a wavelength greater than 700 nm; NIR = near infrared, ie light having a wavelength in the range of approximately 700 to 2,000 nm or energy in the range of approximately 0.6 to 1.75 eV). By action.

중합은, 예를 들면 400 nm 미만의 파장을 갖는 UV 광의 작용에 의해서 수행될 수 있다. 상기 중합 방법은 그 자체가 공지되어 있고, 예를 들어 [Hans Joerg Elias, Makromolekulare Chemie, 5 Auflage, Volume 1, pp. 492-511; D.R. Arnold, N.C. Baird, J.R. Bolton, J.C.D. Brand, P.W.M Jacobs, P.de Mayo, W.R. Ware, Photochemistry-An Introduction, Academic Press, New York und M.K. Mishra, Radical Photopolymerization of Vinyl Monomers, J. Macromol. Sci.-Revs. Macromol. Chem. Phys. C22(1982-1983) 409] 에 기재되어 있다.The polymerization can be carried out, for example, by the action of UV light having a wavelength of less than 400 nm. Such polymerization processes are known per se and are described, for example, in Hans Joerg Elias, Makromolekulare Chemie, 5 Auflage, Volume 1, pp. 492-511; D.R. Arnold, N.C. Baird, J.R. Bolton, J. C. D. Brand, P.W.M Jacobs, P.de Mayo, W.R. Ware, Photochemistry-An Introduction, Academic Press, New York und M.K. Mishra, Radical Photopolymerization of Vinyl Monomers, J. Macromol. Sci.-Revs. Macromol. Chem. Phys. C22 (1982-1983) 409.

중합은 또한 β-, γ- 및/또는 전자선의 작용에 의해서 수행될 수 있다. 본 발명의 특정 구현예에 따르면, 막은 1 내지 300 kGy, 바람직하게는 3 내지 200 kGy 및 특히 바람직하게는 20 내지 100 kGy 범위의 방사 선량으로 조사된다.The polymerization can also be carried out by the action of β-, γ- and / or electron beams. According to a particular embodiment of the invention, the membrane is irradiated with a radiation dose in the range of 1 to 300 kGy, preferably 3 to 200 kGy and particularly preferably 20 to 100 kGy.

비닐 함유 술폰산 및/또는 비닐 함유 포스폰산 단량체의 임의의 중합은 바람직하게는 실온 (20 ℃) 초과 및 200 ℃ 미만의 온도에서, 특히 40 ℃ 내지 150 ℃ 범위의 온도에서, 특히 바람직하게는 50 ℃ 내지 120 ℃ 에서 수행된다. 중합은 바람직하게는 대기압하에서 수행되지만, 또한 초대기압하에서도 수행될 수 있다. 중합은 시이트상 구조물의 강화를 초래하며, 이 강화는 미세경도 측정 (microhardness measurement) 으로 모니터할 수 있다. 중합에 의해 야기된 경도의 증가는 바람직하게는 단계 A) 에서 수득된 시이트상 구조물의 경도에 대해, 20 % 이상이다.Any polymerization of the vinyl containing sulfonic acid and / or vinyl containing phosphonic acid monomers is preferably at temperatures above room temperature (20 ° C.) and below 200 ° C., especially at temperatures in the range from 40 ° C. to 150 ° C., particularly preferably at 50 ° C. To 120 ° C. The polymerization is preferably carried out under atmospheric pressure, but can also be carried out under superatmospheric pressure. Polymerization results in strengthening of the sheet-like structure, which can be monitored by microhardness measurement. The increase in hardness caused by the polymerization is preferably at least 20% relative to the hardness of the sheet-like structure obtained in step A).

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 막은 높은 기계적 안정성을 가진다. 이 매개변수는 DIN 50539 에 따른 미세경도 측정에 의해서 측정되는 막의 경도에 의해서 주어진다. 이러한 이유로, 막은 Vickers 다이아몬드로 3 mN 의 힘까지 20 초 동안 연속적으로 가압되며, 투과 깊이가 결정된다. 이에 따르면, 실온에서의 경도는 0.01 N/㎟ 이상, 바람직하게는 0.1 N/㎟ 이상, 특히 바람직하게는 1 N/㎟ 이상이나, 여기에 제한되지는 않는다. 이후 힘은 3 mN 에서 5 초 동안 일정하게 유지되며, 투과 깊이로부터 크리프 (creep) 가 계산된다. 바람직한 막에 있어서, 이러한 조건 하에서의 크리프 CHU 0,003/20/5 는 20 % 미만, 바람직하게는 10 % 미만, 특히 바람직하게는 5 % 미만이다. 미세-경도 측정을 이용하여 결정되는 YHU 계수는 0.5 MPa 이상, 특히 5 MPa 이상, 특히 바람직하게는 10 MPa 이상이지만, 여기에 제한되지는 않는다.According to certain embodiments of the invention, the membrane has high mechanical stability. This parameter is given by the hardness of the membrane measured by microhardness measurement according to DIN 50539. For this reason, the membrane is continuously pressed for 20 seconds with a Vickers diamond up to a force of 3 mN, and the depth of penetration is determined. According to this, the hardness at room temperature is 0.01 N / mm 2 or more, preferably 0.1 N / mm 2 Above, particularly preferably 1 N / mm 2 As mentioned above, it is not limited to this. The force is then kept constant for 5 seconds at 3 mN, and creep is calculated from the depth of penetration. In a preferred membrane, the creep C HU 0,003 / 20/5 under these conditions is less than 20%, preferably less than 10%, particularly preferably less than 5%. The YHU coefficient determined using micro-hardness measurement is at least 0.5 MPa, in particular at least 5 MPa, particularly preferably at least 10 MPa, but is not limited thereto.

그라프팅에 사용되는 조성물의 유형 및 임의의 표면 중합/가교결합에 따라서, 건조가 유리할 수 있다. 단계 E) 에서의 시이트상 구조물의 건조는 실온 내지 300 ℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다. 건조는 대기압 또는 감압하에서 수행된다. 건조 시간은 필름의 두께에 의존하며, 10 초 내지 24 시간이다. 단계 D) 에서 형성된 시이트상 구조물이 필름인 경우, 이것은 단계 E) 에 따라서 건조되며, 그 후 자가 지지되어, 손상없이 지지체로부터 분리될 수 있으며, 적절한 경우 추가로 가공될 수 있다. 건조는 필름 산업에서 통상적인 건조 방법에 의해서 수행된다.Depending on the type of composition used for the grafting and any surface polymerization / crosslinking, drying may be advantageous. Drying of the sheet-like structure in step E) can be carried out at a temperature in the range from room temperature to 300 ° C. Drying is carried out at atmospheric or reduced pressure. Drying time depends on the thickness of the film and is 10 seconds to 24 hours. If the sheet-like structure formed in step D) is a film, it is dried in accordance with step E), which is then self-supported and can be separated from the support without damage and, if appropriate, further processed. Drying is carried out by conventional drying methods in the film industry.

용매는, 예를 들어 단계 E) 에서 수행되는 건조에 의해서 매우 상당히 제거될 수 있다. 따라서, 유기 용매의 잔류 함량은 통상적으로 30 중량% 미만, 바람직하게는 20 중량% 미만, 특히 바람직하게는 10 중량% 미만이다.The solvent can be removed very significantly, for example by drying carried out in step E). Therefore, the residual content of the organic solvent is usually less than 30% by weight, preferably less than 20% by weight, particularly preferably less than 10% by weight.

건조 온도와 건조 시간을 증가시킴으로써 잔류 용매 함량을 2 중량% 미만으로 추가로 감소시킬 수 있다. 한가지 변형에서, 건조는 또한 세정 단계와 조합될 수 있다. 잔류 용매의 후처리 및 제거를 위한 특히 알맞은 방법이 독일 특허 출원 10109829.4 에 기재되어 있다.By increasing the drying temperature and drying time, the residual solvent content can be further reduced to less than 2% by weight. In one variation, drying may also be combined with a cleaning step. Particularly suitable methods for the workup and removal of residual solvents are described in German patent application 10109829.4.

본 발명의 특정 구현예에서, 막은 막의 총중량에 대하여, 3 중량% 이상, 바람직하게는 5 중량% 이상, 특히 바람직하게는 7 중량% 이상의 인 (원소) 을 포함한다. 인의 비율은 원소 분석으로 결정할 수 있다. 이를 위해, 막을 110 ℃ 에서 3 시간 동안 감압 (1 mbar) 하에서 건조시킨다. 본 발명의 특정 구현예에서, 막은 막의 총중량에 대하여, 3 중량% 이상, 바람직하게는 5 중량% 이상, 특히 바람직하게는 7 중량% 이상의 인 (원소) 을 포함한다. 인의 비율은 원소 분석으로 결정할 수 있다. 이를 위해, 막을 110 ℃ 에서 3 시간 동안 감압 (1 mbar) 하에서 건조시킨다. 상기 비율은 특히 바람직하게는 임의적인 세정 단계후에 결정한다.In certain embodiments of the invention, the membrane comprises at least 3% by weight, preferably at least 5% by weight and particularly preferably at least 7% by weight of phosphorus (element) relative to the total weight of the membrane. The proportion of phosphorus can be determined by elemental analysis. For this purpose, the membrane is dried under reduced pressure (1 mbar) at 110 ° C. for 3 hours. In certain embodiments of the invention, the membrane comprises at least 3% by weight, preferably at least 5% by weight and particularly preferably at least 7% by weight of phosphorus (element) relative to the total weight of the membrane. The proportion of phosphorus can be determined by elemental analysis. For this purpose, the membrane is dried under reduced pressure (1 mbar) at 110 ° C. for 3 hours. The ratio is particularly preferably determined after an optional washing step.

본 발명의 중합체 막은 이미 공지된 산 도핑된 중합체 막에 비해 개선된 물질 특성을 가진다. 특히, 이것은 공지의 비도핑된 중합체 막과는 다르게, 100 ℃ 초과의 온도에서 고유 전도도를 나타내며, 가습이 없다. 이것은 특히 중합체 골격에 공유 결합된 중합체성 폴리비닐포스폰산 및/또는 폴리비닐술폰산에 기인한다.The polymer membranes of the present invention have improved material properties compared to acid known doped polymer membranes. In particular, it exhibits inherent conductivity at temperatures above 100 ° C., unlike known undoped polymer membranes, and is free of humidification. This is due in particular to polymeric polyvinylphosphonic acid and / or polyvinylsulfonic acid covalently bound to the polymer backbone.

80℃ 온도에서, 임의로 가습화에 의해, 본 발명의 막의 고유 전도성은 일반적으로 0.1 mS/㎝ 이상, 바람직하게는 1 mS/㎝ 이상, 특히 2 mS/㎝ 이상, 특히 바람직하게는 5 mS/㎝ 이상이다.At 80 ° C. temperature, optionally by humidification, the intrinsic conductivity of the membranes of the invention is generally at least 0.1 mS / cm, preferably at least 1 mS / cm, in particular at least 2 mS / cm, particularly preferably at least 5 mS / cm That's it.

막의 총중량에 대해 10 중량% 초과의 폴리비닐포스폰산의 비율에서, 막은 일반적으로 160 ℃ 온도에서 1 mS/㎝ 이상, 바람직하게는 3 mS/㎝ 이상, 특히 5 mS/㎝ 이상, 특히 바람직하게는 10 mS/㎝ 이상의 전도성을 나타낸다. 이 수치들은 가습화 없이 달성된다.At a ratio of more than 10% by weight of polyvinylphosphonic acid relative to the total weight of the membrane, the membrane is generally at least 1 mS / cm, preferably at least 3 mS / cm, in particular at least 5 mS / cm, particularly preferably at 160 ° C. It has a conductivity of 10 mS / cm or more. These figures are achieved without humidification.

비 (specific) 전도성은 4 극 배열 정전위 모드의 임피던스 분광기에 의해 백금 전극 (직경 0.25 ㎜ 전선) 을 이용하여 측정된다. 전류 수집 전극 사이의 거리는 2 ㎝ 이다. 수득된 스펙트럼은 오옴 저항기 및 축전기의 병렬 배치로 이루어진 간단한 모델을 이용하여 평가한다. 샘플 도입 직전에 인산-도핑된 막의 샘플 단면적을 측정한다. 온도 의존성을 측정하기 위해, 테스트 전지를 오븐에서 목적하는 온도까지 가열하고, 샘플의 바로 근처에 놓인 Pt-100 열전쌍에 의하여 온도를 조절한다. 상기 온도에 도달한 후, 측정 개시 전 10 분 동안 샘플을 상기 온도에서 유지한다.Specific conductivity is measured using a platinum electrode (0.25 mm diameter wire) by an impedance spectrometer in a 4-pole array potentiostatic mode. The distance between the current collecting electrodes is 2 cm. The spectra obtained are evaluated using a simple model consisting of parallel arrangements of ohmic resistors and capacitors. The sample cross sectional area of the phosphate-doped membrane is measured immediately prior to sample introduction. To measure the temperature dependence, the test cell is heated in the oven to the desired temperature and the temperature is controlled by a Pt-100 thermocouple placed in the immediate vicinity of the sample. After reaching this temperature, the sample is held at this temperature for 10 minutes before the start of the measurement.

크로스오버 전류 밀도는, 액체 직류 메탄올 연료 전지 내에서 0.5 M 메탄올 용액으로 90 ℃ 에서 조작하는 경우, 바람직하게는 100 mA/㎠ 미만, 특히 70 mA/㎠ 미만, 특히 바람직하게는 50 mA/㎠ 미만, 더욱 바람직하게는 10 mA/㎠ 미만이다. 크로스오버 전류 밀도는, 가스 직류 메탄올 연료 전지 내에서 2 M 메탄올 용액으로 160℃ 에서 조작하는 경우, 바람직하게는 100 mA/㎠ 미만, 특히 50 mA/㎠ 미만, 특히 바람직하게는 10 mA/㎠ 미만이다.The crossover current density is preferably less than 100 mA / cm 2, in particular less than 70 mA / cm 2, particularly preferably less than 50 mA / cm 2 when operating at 90 ° C. with 0.5 M methanol solution in a liquid direct methanol fuel cell. More preferably less than 10 mA / cm 2. The crossover current density is preferably less than 100 mA / cm 2, in particular less than 50 mA / cm 2, particularly preferably less than 10 mA / cm 2 when operating at 160 ° C. with a 2 M methanol solution in a gas direct current methanol fuel cell. to be.

크로스오버 전류 밀도를 결정하기 위해, CO2 센서를 이용하여 캐소드에서 방출된 이산화탄소의 양을 측정한다. 크로스오버 전류 밀도는 [P. Zelenay, S.C. Thomas, S. Gottesfeld in S. Gottesfeld, T.F. Fuller "Proton Conducting Membrane Fuel Cells II" ECS Proc. Vol.98-27 pp. 300-308] 에 기재된 바와 같이 수득된 CO2 의 양의 수치로부터 결정된다.To determine the crossover current density, the amount of carbon dioxide emitted from the cathode is measured using a CO 2 sensor. The crossover current density is [P. Zelenay, SC Thomas, S. Gottesfeld in S. Gottesfeld, TF Fuller "Proton Conducting Membrane Fuel Cells II" ECS Proc. Vol. 98-27 pp. 300-308, as determined from the numerical values of the amount of CO 2 obtained.

단계 E) 에 따른 처리에 후속하여, 시이트상 구조물을 대기 산소의 존재하에서 열의 작용에 의해 표면상에서 추가로 가교결합시킬 수 있다. 이러한 막 표면의 경화는 막의 특성의 추가적 향상을 달성한다.Following the treatment according to step E), the sheet-like structure can be further crosslinked on the surface by the action of heat in the presence of atmospheric oxygen. Curing of this membrane surface achieves further improvement of the properties of the membrane.

가교결합은 또한 IR 또는 NIR (IR = 적외선, 즉 700 nm 초과의 파장을 갖는 광; NIR = 근적외선, 즉 대략 700 내지 2,000 nm 범위의 파장 또는 대략 0.6 내지 1.75 eV 범위의 에너지를 갖는 광) 의 작용에 의해서 수행될 수 있다. 또다른 방법은 β-선에 의한 조사이다. 방사선량은 5 내지 200 kGy 범위이다.Crosslinking is also the action of IR or NIR (IR = infrared, ie light having a wavelength greater than 700 nm; NIR = near infrared, ie light having a wavelength in the range of approximately 700 to 2,000 nm or energy in the range of approximately 0.6 to 1.75 eV). Can be performed by Another method is irradiation by β-rays. The radiation dose ranges from 5 to 200 kGy.

또다른 단계에서, 본 발명에 따라서 제조된 그라프트화 막은 메탄올, 1-프로판올, 이소프로판올 또는 부탄올 또는 이의 혼합물과 같은 알코올 또는 물로 세척함으로써 미반응 성분을 함유하지 않을 수 있다. 세척은 실온 (20 ℃) 내지 100 ℃ 의 온도에서, 특히 실온 내지 80 ℃ 에서, 매우 특히 바람직하게는 실온 내지 60 ℃ 에서 수행된다.In another step, the grafted membrane prepared according to the present invention may be free of unreacted components by washing with alcohol or water such as methanol, 1-propanol, isopropanol or butanol or mixtures thereof. The washing is carried out at temperatures from room temperature (20 ° C.) to 100 ° C., in particular at room temperature to 80 ° C., very particularly preferably at room temperature to 60 ° C.

사용 특성을 추가로 개선시키기 위해, 또한 충전제, 특히 양성자 전도성 충전제, 및 추가적인 산이 막에 첨가될 수 있다. 첨가는, 단계 A) 에서 또는 중합후에 수행될 수 있다.To further improve the use properties, fillers, in particular proton conductive fillers, and additional acids can also be added to the membrane. The addition can be carried out in step A) or after polymerization.

양성자 전도성 충전제의 비제한적인 예는 다음과 같다:Non-limiting examples of proton conductive fillers include:

술페이트, 예컨대 CsHSO4, Fe(SO4)2, (NH4)3H(SO 4)2, LiHSO4, NaHSO4, KHSO4, RbSO4, LiN2H5SO4, NH4HSO4,Sulfates such as CsHSO 4 , Fe (SO 4 ) 2 , (NH 4 ) 3 H (SO 4 ) 2 , LiHSO 4 , NaHSO 4 , KHSO 4 , RbSO 4 , LiN 2 H 5 SO 4 , NH 4 HSO 4 ,

포스페이트, 예컨대 Zr(PO4)4, Zr(HPO4)2, HZr2(PO 4)3, UO2PO4ㆍ3H2O, H8UO2PO 4, Ce(HPO4)2, Ti(HPO4)2, KH2PO4, NaH 2PO4, LiH2PO4, NH4H2PO4, CsH2PO4, CaHPO4, MgHPO4, HSbP2O8, HSb3P2O14, H5Sb5P 2O20,Phosphates such as Zr (PO 4 ) 4 , Zr (HPO 4 ) 2 , HZr 2 (PO 4 ) 3 , UO 2 PO 4 3H 2 O, H 8 UO 2 PO 4 , Ce (HPO 4 ) 2 , Ti ( HPO 4 ) 2 , KH 2 PO 4 , NaH 2 PO 4 , LiH 2 PO 4 , NH 4 H 2 PO 4 , CsH 2 PO 4 , CaHPO 4 , MgHPO 4 , HSbP 2 O 8 , HSb 3 P 2 O 14 , H 5 Sb 5 P 2 O 20 ,

폴리산, 예컨대 H3PW12O40ㆍnH2O (n=21-29), H3SiW 12O40ㆍnH2O (n=21-29), HxWO3, HSbWO6, H3PMo12O40, H2Sb4O11 , HTaWO6, HNbO3, HTiNbO5, HTiTaO2, HSbTeO6, H5Ti4O9, HSbO3, H2MoO4,Polyacids such as H 3 PW 12 O 40 nH 2 O (n = 21-29), H 3 SiW 12 O 40 nH 2 O (n = 21-29), H x WO 3 , HSbWO 6 , H 3 PMo 12 O 40 , H 2 Sb 4 O 11 , HTaWO 6 , HNbO 3 , HTiNbO 5 , HTiTaO 2 , HSbTeO 6 , H 5 Ti 4 O 9 , HSbO 3 , H 2 MoO 4 ,

셀레나이드 및 아르제나이드, 예컨대 (NH4)3H(SeO4)2, UO2 AsO4, (NH4)3H(SeO4)2, KH2AsO4, Cs3 H(SeO4)2, Rb3H(SeO4)2,Selenides and argenides such as (NH 4 ) 3 H (SeO 4 ) 2 , UO 2 AsO 4 , (NH 4 ) 3 H (SeO 4 ) 2 , KH 2 AsO 4 , Cs 3 H (SeO 4 ) 2 , Rb 3 H (SeO 4 ) 2 ,

산화물, 예컨대 Al3O3, Sb2O5, ThO2, SnO2 , ZrO2, MoO3,Oxides such as Al 3 O 3 , Sb 2 O 5 , ThO 2 , SnO 2 , ZrO 2 , MoO 3 ,

실리케이트, 예컨대 제올라이트, 제올라이트 (NH4 +), 시이트 실리케이트, 골격 실리케이트, H-나트롤리트, H-모르데나이트, NH4-아날신, NH4-소달리트, NH4 -갈레이트, H-몬모릴로나이트,Silicates, such as zeolites, zeolite (NH 4 +), sheet silicates, silicate skeleton, H- or trolley agent, H- mordenite, NH 4 - Anal Shin, NH 4 - bovine Dalits, NH 4 - gallate, H- Montmorillonite,

산, 예컨대 HClO4, SbF5,Acids such as HClO 4 , SbF 5 ,

충전제, 예컨대 카바이드, 특히 SiC, Si3N4, 섬유, 특히 유리 섬유, 유리 분말 및/또는 중합체 섬유, 바람직하게는 폴리아졸 기재물.Fillers such as carbides, in particular SiC, Si 3 N 4 , fibers, in particular glass fibers, glass powders and / or polymer fibers, preferably polyazole substrates.

이들 첨가제는 양성자 전도성 중합체 막에 통상적인 양으로 존재할 수 있지만, 과량 첨가에 의해서, 막의 고 전도성, 긴 수명 및 높은 기계적 안정성과 같은 궁극적인 특성이 지나치게 손상되지 않아야 한다. 통상적으로, 단계 C) 에서의 중합후의 막은 80 중량% 이하, 바람직하게는 50 중량% 이하, 특히 바람직하게는 20 중량% 이하의 첨가제를 함유한다.These additives may be present in conventional amounts in the proton conductive polymer membrane, but by excessive addition, the ultimate properties such as high conductivity, long life and high mechanical stability of the membrane should not be overly impaired. Typically, the membrane after polymerization in step C) contains up to 80% by weight, preferably up to 50% by weight, particularly preferably up to 20% by weight of additives.

또한, 상기 막은 퍼플루오르화 술폰산 첨가제 (0.1∼20 중량%, 바람직하게는 0.2∼15 중량%, 특히 바람직하게는 0.2∼10 중량%) 를 함유할 수 있다. 이들 첨가제로 인해, 캐소드 근처에서 산소 용해도 및 산소 확산을 증가시키고 백금 상의 인산 및 포스페이트의 흡착을 감소시키는 성능 향상이 일어난다 (Electrolyte additives for phophoric acid fuel cells. Gang, Xiao; Hjuler, H. A.; Olsen, C.; Berg, R. W.; Bjerrum, N. J. Chem. Dep. A, Tech. Univ. Denmark, Lyngby, Den. J. Electrochem. Soc. (1993), 140(4), 896-902, 및 Perfluorosulphonimide as an additive in phophoric acid fuel cell. Razaq, M.; Razaq, A.; Yeager, E.; DesMarteau, Darryl D.; Singh, S. Case Cent. Electrochem. Sci., Case West. Reserve Univ., Cleveland, OH, USA. J. Electrochem. Soc. (1989), 136(2), 385-90).The membrane may also contain a perfluorinated sulfonic acid additive (0.1-20% by weight, preferably 0.2-15% by weight, particularly preferably 0.2-10% by weight). These additives result in performance enhancements that increase oxygen solubility and oxygen diffusion near the cathode and reduce the adsorption of phosphates and phosphates on platinum (Electrolyte additives for phophoric acid fuel cells.Gang, Xiao; Hjuler, HA; Olsen, C .; Berg, RW; Bjerrum, NJ Chem.Dep.A, Tech.Univ.Denmark, Lyngby, Den.J. Electrochem.Soc. (1993), 140 (4), 896-902, and Perfluorosulphonimide as an additive in phophoric acid fuel cell.Razaq, M .; Razaq, A .; Yeager, E .; DesMarteau, Darryl D .; Singh, S. Case Cent.Electrochem.Sci., Case West.Reservation Univ., Cleveland, OH, USA J. Electrochem.Soc. (1989), 136 (2), 385-90).

퍼술포네이트화 첨가제의 비제한적인 예는 다음과 같다:Non-limiting examples of persulfonated additives include the following:

트리플루오로메탄술폰산, 칼륨 트리플루오로메탄술포네이트, 나트륨 트리플루오로메탄술포네이트, 리튬 트리플루오로메탄술포네이트, 암모늄 트리플루오로메탄술포네이트, 칼륨 퍼플루오로헥산술포네이트, 나트륨 퍼플루오로헥산술포네이트, 리튬 퍼플루오로헥산술포네이트, 암모늄 퍼플루오로헥산술포네이트, 퍼플루오로헥산술폰산, 칼륨 노나플루오로부탄술포네이트, 나트륨 노나플루오로부탄술포네이트, 리튬 노나플루오로부탄술포네이트, 암모늄 노나플루오로부탄술포네이트, 세슘 노나플루오로부탄술포네이트, 트리에틸암모늄퍼플루오로헥산술포네이트, 퍼플루오로술폰이미드 및 나피온 (nafion).Trifluoromethanesulfonic acid, potassium trifluoromethanesulfonate, sodium trifluoromethanesulfonate, lithium trifluoromethanesulfonate, ammonium trifluoromethanesulfonate, potassium perfluorohexanesulfonate, sodium perfluoro Hexanesulfonate, lithium perfluorohexanesulfonate, ammonium perfluorohexanesulfonate, perfluorohexanesulfonic acid, potassium nonafluorobutanesulfonate, sodium nonafluorobutanesulfonate, lithium nonafluorobutanesulfonate, Ammonium nonafluorobutanesulfonate, cesium nonafluorobutanesulfonate, triethylammoniumperfluorohexanesulfonate, perfluorosulfonimide and nafion.

나아가, JP2001118591 A2 에 기재된 바와 같이, 막은 또한 산소의 환원으로 생성된 자유 과산화물 라디칼을 없애거나 (1 차 산화방지제) 또는 파괴 (2 차 산화방지제) 하는 첨가제를 포함할 수 있고, 이에 의해 막 및 막-전극 유닛의 수명 및 안정성을 향상시킬 수 있다. 상기 첨가제의 조작 방식 및 분자 구조는 문헌 [F. Gugumus in Plastics Additives, Hanser Verlag, 1990; N.S. Allen, M. Edge Fundamentals of Polymer Degradation and Stability, Elsevier, 1992; 또는 H. Zweifel, Stabilization of Polymeric Materials, Springer, 1998] 에 기재되어 있다.Furthermore, as described in JP2001118591 A2, the membrane may also comprise additives which eliminate (primary antioxidant) or destroy (secondary antioxidant) free peroxide radicals produced by the reduction of oxygen, thereby -The life and stability of the electrode unit can be improved. The mode of operation and molecular structure of the additives is described in F. Gugumus in Plastics Additives, Hanser Verlag, 1990; N.S. Allen, M. Edge Fundamentals of Polymer Degradation and Stability, Elsevier, 1992; Or H. Zweifel, Stabilization of Polymeric Materials, Springer, 1998].

상기 첨가제의 비제한적인 예는 다음과 같다:Non-limiting examples of such additives are as follows:

비스(트리플루오로메틸)니트록시드, 2,2-디페닐-1-피크리닐히드라질, 페놀, 알킬페놀, 입체적으로 장애된 알킬 페놀, 예컨대 Irganox, 특히 Irganox 1135 (Ciba Geigy), 방향족 아민, 입체적으로 장애된 아민, 예컨대 Chimassorb; 입체적으로 장애된 히드록실아민, 입체적으로 장애된 알킬아민, 입체적으로 장애된 히드록실아민, 입체적으로 장애된 히드록실아민 에테르, 포스파이트, 예컨대 Irgafos, 니트로소벤젠, 메틸-2-니트로소프로판, 벤조페논, 벤즈알데히드 tert-부틸 니트론, 시스테아민, 멜라닌, 산화납, 산화망간, 산화니켈 및 산화코발트.Bis (trifluoromethyl) nitroxide, 2,2-diphenyl-1-piclinylhydrazyl, phenol, alkylphenol, steric hindrance alkyl phenols such as Irganox, in particular Irganox 1135 (Ciba Geigy), aromatic Amines, steric hindrance amines such as Chimassorb; Steric hindrance hydroxylamine, steric hindrance alkylamine, steric hindrance hydroxylamine, steric hindrance hydroxylamine ether, phosphites such as Irgafos, nitrosobenzene, methyl-2-nitrosopropane, Benzophenone, benzaldehyde tert-butyl nitron, cysteamine, melanin, lead oxide, manganese oxide, nickel oxide and cobalt oxide.

본 발명의 다른 변형에서, 단계 C) 에 따른 중합은 단계 D) 에 따른 시이트상 구조물의 형성후에 발생할 수 있다. 이 경우, 중합은 박층에서 수행된다.In another variant of the invention, the polymerization according to step C) can take place after the formation of the sheet-like structure according to step D). In this case, the polymerization is carried out in a thin layer.

본 발명의 중합체 막의 가능한 사용 분야는, 특히 연료 전지, 전기분해, 축전기 및 전지 시스템에서의 사용을 포함한다. 이들의 특성 프로파일 덕분에, 중합체 막은 바람직하게는 연료 전지에서, 매우 특히 바람직하게는 직류 메탄올 연료 전지에서 사용된다. 본 발명은 또한 단계 C) 에 따라서 수득 가능한 중합체 용액을 제공한다. 이들은 매우 유용한 중간체를 나타낸다. 또한, 상기 용액은 전극을 코팅하는데 또는, 용매 제거후에, 이오노머로서 또한 사용될 수 있다.Possible fields of use of the polymer membranes of the present invention include in particular use in fuel cells, electrolysis, capacitors and cell systems. Thanks to their characteristic profile, the polymer membranes are preferably used in fuel cells, very particularly preferably in direct current methanol fuel cells. The invention also provides a polymer solution obtainable according to step C). These represent very useful intermediates. The solution can also be used as an ionomer to coat the electrode or after solvent removal.

본 발명은 유사하게 단계 C) 로부터의 용매를 분리 또는 증발시킴으로써 수득 가능한 중합체를 제공한다. 상기 중합체 및 용액은 또한 전극 코팅용 또는 다공성 중합체 기판, 예컨대 팽창된 Teflon 충전용 이오노머로서 사용될 수 있다.The present invention similarly provides a polymer obtainable by separating or evaporating the solvent from step C). The polymers and solutions can also be used for electrode coating or as porous polymer substrates, such as expanded Teflon filling ionomers.

또다른 방법 변형에서, 용매를 단계 C) 후에 분리 또는 증발시킨 후의 상기 중합체는 또한 전형적인 열가소성 물질 성형 방법, 예를 들면 사출 성형 또는 압출에 의해서 가공하여 양성자 전도성 막을 산출할 수 있다.In another method variant, the polymer after the solvent is separated or evaporated after step C) can also be processed by a typical thermoplastic molding method, for example injection molding or extrusion, to yield a proton conductive membrane.

상기 언급한 보조제 및 충전제가 또는 상기 방법 변형에서 존재할 수 있다.The abovementioned auxiliaries and fillers may be present in or in the above method variants.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 하나 이상의 중합체 막을 포함하는 막-전극 유닛을 제공한다. 막-전극 유닛은 백금, 루테늄 또는 팔라듐과 같은 촉매 활성 물질의 적은 함량으로도 고성능을 나타낸다. 촉매 활성층을 가지는 가스 확산층이 이를 위해 사용될 수 있다.The invention also provides a membrane-electrode unit comprising at least one polymer membrane according to the invention. The membrane-electrode unit exhibits high performance even with a small amount of catalytically active material such as platinum, ruthenium or palladium. Gas diffusion layers with catalytically active layers can be used for this.

가스 확산층은 일반적으로 전자 전도성을 나타낸다. 시이트상의, 전기 전도성 및 산 저항성 구조물이 통상 이를 위해 사용된다. 이들은, 예를 들어 탄소 섬유지, 흑연화 탄소 섬유지, 탄소 섬유 직물, 흑연화 탄소 섬유 직물 및/또는 카본 블랙의 첨가로 전도성이 부여된 시이트상 구조물을 포함한다.The gas diffusion layer generally exhibits electron conductivity. On the sheet, electrically conductive and acid resistant structures are commonly used for this. These include, for example, sheet-like structures imparted with conductivity by addition of carbon fiber paper, graphitized carbon fiber paper, carbon fiber fabric, graphitized carbon fiber fabric and / or carbon black.

촉매 활성층은 촉매 활성 물질을 포함한다. 이들에는 특히, 백금, 팔라듐, 로듐, 이리듐 및/또는 루테늄과 같은 귀금속이 포함된다. 이러한 물질들은 또한 각각의 합금 형태로 사용될 수 있다. 게다가, 이러한 물질들은 또한 Cr, Zr, Ni, Co 및/또는 Ti 과 같은 비귀금속과의 합금으로도 사용될 수 있다. 덧붙여, 상기 언급된 귀금속 및/또는 비귀금속들의 산화물도 또한 사용가능하다. 본 발명의 특정 측면에 따르면, 촉매 활성 화합물은 바람직하게는 1 내지 1,000 nm, 특히 10 내지 200 nm, 바람직하게는 20 내지 100 nm 범위의 크기를 가지는 입자 형태로 사용된다.The catalytically active layer comprises a catalytically active material. These include in particular precious metals such as platinum, palladium, rhodium, iridium and / or ruthenium. These materials can also be used in the form of each alloy. In addition, these materials can also be used as alloys with non-noble metals such as Cr, Zr, Ni, Co and / or Ti. In addition, oxides of the above-mentioned noble metals and / or non-noble metals may also be used. According to certain aspects of the invention, the catalytically active compound is preferably used in the form of particles having a size in the range from 1 to 1,000 nm, in particular from 10 to 200 nm, preferably from 20 to 100 nm.

또한, 촉매 활성층은 통상의 첨가제를 포함할 수 있다. 이들은 특히, 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE) 과 같은 불소 중합체 및 표면-활성 물질을 포함한다.In addition, the catalytically active layer may comprise conventional additives. These include, in particular, fluoropolymers such as polytetrafluoroethylene (PTFE) and surface-active materials.

본 발명의 특정 구현예에서, 불소 중합체와, 하나 이상의 귀금속 및 적절한 경우, 하나 이상의 지지 물질을 포함하는 촉매 물질의 중량비는 0.1 초과, 바람직하게는 0.2 내지 0.6 범위이다.In certain embodiments of the invention, the weight ratio of the fluoropolymer and the catalyst material comprising at least one precious metal and, where appropriate, at least one support material, is greater than 0.1, preferably in the range of 0.2 to 0.6.

본 발명의 특정 구현예에서, 촉매층은 1 내지 1,000 ㎛, 특히 5 내지 500 ㎛, 바람직하게는 10 내지 300 ㎛ 범위의 두께를 가진다. 이 수치는 주사형 전자 현미경 (SEM) 을 이용하여 수득된 사진의 단면에서 층 두께를 측정함으로써 결정가능한 평균치를 나타낸다.In certain embodiments of the invention, the catalyst layer has a thickness in the range from 1 to 1,000 μm, in particular from 5 to 500 μm, preferably from 10 to 300 μm. This figure represents the average value determinable by measuring the layer thickness in the cross section of the photograph obtained using a scanning electron microscope (SEM).

본 발명의 특정 구현예에서, 촉매층의 귀금속 함량은 0.1 내지 10.0 mg/㎠, 바람직하게는 0.3 내지 6.0 mg/㎠, 특히 바람직하게는 0.2 내지 3.0 mg/㎠ 이다. 이들 수치는 시이트상 샘플의 원소 분석에 의해 결정될 수 있다.In certain embodiments of the invention, the precious metal content of the catalyst layer is 0.1 to 10.0 mg / cm 2, preferably 0.3 to 6.0 mg / cm 2, particularly preferably 0.2 to 3.0 mg / cm 2. These values can be determined by elemental analysis of the sheet phase sample.

막-전극 유닛에 대한 추가의 정보에 대해서는, 전문적 문헌, 특히 특허 출원 WO 01/18894 A2, DE 195 09 748, DE 195 09 749, WO 00/26982, WO 92/15121 및 DE 197 57 492 를 언급할 수 있다. 막-전극 유닛의 구조 및 제조, 및 또한 전극, 가스 확산층 및 선택되는 촉매와 관련하여 상기 언급한 문헌에 개시된 것은 본 발명의 상세한 설명에서 참고로 인용된다.For further information on the membrane-electrode unit, refer to the technical literature, in particular the patent applications WO 01/18894 A2, DE 195 09 748, DE 195 09 749, WO 00/26982, WO 92/15121 and DE 197 57 492. can do. The structure and manufacture of membrane-electrode units, and also those disclosed in the above-mentioned documents with respect to electrodes, gas diffusion layers and selected catalysts, are incorporated by reference in the detailed description of the invention.

또다른 변형예에서, 촉매 활성 층은 본 발명의 막에 적용될 수 있으며, 이는 가스 확산층에 결합될 수 있다.In another variant, the catalytically active layer can be applied to the membrane of the present invention, which can be bonded to the gas diffusion layer.

본 발명은 유사하게 본 발명에 따른 하나 이상의 중합체 막을, 적절한 경우 또다른 폴리아졸 기재 중합체 막 또는 중합체 배합물 막과 조합해서 포함하는 막-전극 유닛을 제공한다.The present invention similarly provides a membrane-electrode unit comprising at least one polymer membrane according to the invention in combination with another polyazole based polymer membrane or polymer blend membrane, as appropriate.

Claims (15)

하기 단계를 포함하는 방법으로 수득 가능한 양성자 전도성 전해질 막:A proton conductive electrolyte membrane obtainable by a process comprising the following steps: A. 중합체에 방사선을 조사하여 자유 라디칼을 발생시키는 단계,A. irradiating the polymer to generate free radicals, B. 단계 A) 에서 조사된 중합체와, 비닐 포스폰산을 포함하는 단량체 및/또는 비닐 술폰산을 포함하는 단량체의 혼합물을, 적절한 경우 용매 또는 용매 혼합물을 첨가하여 제조하는 단계,B. preparing a mixture of the polymer irradiated in step A) with a monomer comprising vinyl phosphonic acid and / or a monomer comprising vinyl sulfonic acid, if appropriate by adding a solvent or solvent mixture, C. 비닐 포스폰산 및/또는 비닐 술폰산을 포함하는 단량체를 중합시키는 단계,C. polymerizing monomers comprising vinyl phosphonic acid and / or vinyl sulfonic acid, D. 단계 C) 에 따라서 수득된 중합체를 포함하는 시이트상 구조물을 주조시키는 단계,D. casting a sheet-like structure comprising the polymer obtained according to step C), E. 시이트상 구조물을 건조시켜 자립형 막을 형성시키는 단계.E. Drying the sheet-like structure to form a freestanding film. 제 1 항에 있어서, 단계 A) 에서 사용되는 중합체가 하나의 반복 단위 또는 다른 반복 단위내에 하나 이상의 불소, 질소, 산소 및/또는 황 원자를 함유하는 중합체인 것을 특징으로 하는 막.2. The membrane according to claim 1, wherein the polymer used in step A) is a polymer containing at least one fluorine, nitrogen, oxygen and / or sulfur atom in one repeating unit or another repeating unit. 제 1 항에 있어서, 단계 B) 에서 사용되는 비닐 함유 포스폰산 단량체가 하기 화학식:The vinyl-containing phosphonic acid monomer of claim 1 wherein the vinyl-containing phosphonic acid monomer used in step B) is (식 중에서,(In the formula, R 은 결합, C1-C15 알킬기, C1-C15 알콕시기, 에틸렌옥시기 또는 C5-C20 아릴 또는 헤테로아릴기이며, 여기에서 상기 언급한 라디칼 자체는 할로겐, -OH, COOZ, -CN, NZ2 로 치환될 수 있고,R is a bond, a C1-C15 alkyl group, a C1-C15 alkoxy group, an ethyleneoxy group or a C5-C20 aryl or heteroaryl group, wherein the radicals mentioned above are halogen, -OH, COOZ, -CN, NZ 2 Can be substituted, 라디칼 Z 는 각각 서로 독립적으로 수소, C1-C15 알킬기, C1-C15 알콕시기, 에틸렌옥시기 또는 C5-C20 아릴 또는 헤테로아릴기이며, 여기에서 상기 언급한 라디칼 자체는 할로겐, -OH, -CN 으로 치환될 수 있으며,The radicals Z, each independently, represent hydrogen, a C1-C15 alkyl group, a C1-C15 alkoxy group, an ethyleneoxy group or a C5-C20 aryl or heteroaryl group, wherein the radicals mentioned above are halogen, -OH, -CN Can be substituted, x 는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10 이고,x is 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10, y 는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10 이다),y is 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10), 및/또는 하기 화학식:And / or the following formula: (식 중에서,(In the formula, R 은 결합, C1-C15 알킬기, C1-C15 알콕시기, 에틸렌옥시기 또는 C5-C20 아릴 또는 헤테로아릴기이며, 여기에서 상기 언급한 라디칼 자체는 할로겐, -OH, COOZ, -CN, NZ2 로 치환될 수 있고,R is a bond, a C1-C15 alkyl group, a C1-C15 alkoxy group, an ethyleneoxy group or a C5-C20 aryl or heteroaryl group, wherein the radicals mentioned above are halogen, -OH, COOZ, -CN, NZ 2 Can be substituted, 라디칼 Z 는 각각 서로 독립적으로 수소, C1-C15 알킬기, C1-C15 알콕시기, 에틸렌옥시기 또는 C5-C20 아릴 또는 헤테로아릴기이며, 여기에서 상기 언급한 라디칼 자체는 할로겐, -OH, -CN 으로 치환될 수 있으며,The radicals Z, each independently, represent hydrogen, a C1-C15 alkyl group, a C1-C15 alkoxy group, an ethyleneoxy group or a C5-C20 aryl or heteroaryl group, wherein the radicals mentioned above are halogen, -OH, -CN Can be substituted, x 는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10 이다),x is 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10), 및/또는 하기 화학식:And / or the following formula: (식 중에서,(In the formula, A 는 화학식 COOR2, CN, CONR2 2, OR2 및/또는 R2 의 기이고, 여기에서 R2 는 수소, C1-C15 알킬기, C1-C15 알콕시기, 에틸렌옥시기 또는 C5-C20 아릴 또는 헤테로아릴기이며, 여기에서 상기 언급한 라디칼 자체는 할로겐, -OH, COOZ, -CN, NZ2 로 치환될 수 있고,A is a group of formula COOR 2 , CN, CONR 2 2 , OR 2 and / or R 2 , wherein R 2 is hydrogen, C 1 -C 15 alkyl group, C 1 -C 15 alkoxy group, ethyleneoxy group or C 5 -C 20 aryl or Heteroaryl group, wherein the radicals mentioned above may be substituted with halogen, -OH, COOZ, -CN, NZ 2 , R 은 결합, 2 가 C1-C15 알킬렌기, 2 가 C1-C15 알킬렌옥시기, 예를 들면 에틸렌옥시기, 또는 2 가 C5-C20 아릴 또는 헤테로아릴기이며, 여기에서 상기 언급한 라디칼 자체는 할로겐, -OH, COOZ, -CN, NZ2 로 치환될 수 있고,R is a bond, a divalent C1-C15 alkylene group, a divalent C1-C15 alkyleneoxy group, such as an ethyleneoxy group, or a divalent C5-C20 aryl or heteroaryl group, wherein the radicals mentioned above are halogen , -OH, COOZ, -CN, NZ 2 can be substituted, 라디칼 Z 는 각각 서로 독립적으로 수소, C1-C15 알킬기, C1-C15 알콕시기, 에틸렌옥시기 또는 C5-C20 아릴 또는 헤테로아릴기이며, 여기에서 상기 언급한 라디칼 자체는 할로겐, -OH, -CN 으로 치환될 수 있으며,The radicals Z, each independently, represent hydrogen, a C1-C15 alkyl group, a C1-C15 alkoxy group, an ethyleneoxy group or a C5-C20 aryl or heteroaryl group, wherein the radicals mentioned above are halogen, -OH, -CN Can be substituted, x 는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10 이다)x is 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10) 의 화합물인 것을 특징으로 하는 막.Membrane characterized in that the compound. 제 1 항에 있어서, 단계 B) 에서 사용되는 비닐 함유 술폰산 단량체가 하기 화학식:The vinyl-containing sulfonic acid monomer of claim 1, wherein the vinyl-containing sulfonic acid monomer used in step B) is (식 중에서,(In the formula, R 은 결합, C1-C15-알킬기, C1-C15-알콕시기, 에틸렌옥시기 또는 C5-C20-아릴 또는 헤테로아릴기이고, 여기에서 상기 언급한 라디칼 자체는 할로겐, -OH, COOZ, -CN, NZ2 로 치환될 수 있고,R is a bond, a C1-C15-alkyl group, a C1-C15-alkoxy group, an ethyleneoxy group or a C5-C20-aryl or heteroaryl group, wherein the radicals mentioned above are halogen, -OH, COOZ, -CN, May be substituted with NZ 2 , 라디칼 Z 는 각각 서로 독립적으로 수소, C1-C15-알킬기, C1-C15-알콕시기, 에틸렌옥시기 또는 C5-C20-아릴 또는 헤테로아릴기이고, 여기에서 상기 언급한 라디칼 자체는 할로겐, -OH, -CN 으로 치환될 수 있고,The radicals Z are each, independently of one another, hydrogen, a C1-C15-alkyl group, a C1-C15-alkoxy group, an ethyleneoxy group or a C5-C20-aryl or heteroaryl group, wherein the radicals mentioned above are halogen, -OH, May be substituted with -CN, x 는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10 이고,x is 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10, y 는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10 이다),y is 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10), 및/또는 하기 화학식:And / or the following formula: (식 중에서,(In the formula, R 은 결합, C1-C15-알킬기, C1-C15-알콕시기, 에틸렌옥시기 또는 C5-C20-아릴 또는 헤테로아릴기이고, 여기에서 상기 언급한 라디칼 자체는 할로겐, -OH, C00Z, -CN, NZ2 로 치환될 수 있고,R is a bond, C1-C15-alkyl group, C1-C15-alkoxy group, ethyleneoxy group or C5-C20-aryl or heteroaryl group, wherein the radicals mentioned above are halogen, -OH, C00Z, -CN, May be substituted with NZ 2 , 라디칼 Z 는 각각 서로 독립적으로 수소, C1-C15-알킬기, C1-C15-알콕시기, 에틸렌옥시기 또는 C5-C20-아릴 또는 헤테로아릴기이고, 여기에서 상기 언급한 라디칼 자체는 할로겐, -OH, -CN 으로 치환될 수 있고,The radicals Z are each, independently of one another, hydrogen, a C1-C15-alkyl group, a C1-C15-alkoxy group, an ethyleneoxy group or a C5-C20-aryl or heteroaryl group, wherein the radicals mentioned above are halogen, -OH, May be substituted with -CN, x 는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10 이다),x is 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10), 및/또는 하기 화학식:And / or the following formula: (식 중에서,(In the formula, A 는 화학식 COOR2, CN, C0NR2 2, OR2 및/또는 R2 의 기이고, 여기에서 R2 는 수소, C1-C15-알킬기, C1-C15-알콕시기, 에틸렌옥시기 또는 C5-C20-아릴 또는 헤테로아릴기이며, 여기에서 상기 언급한 라디칼 자체는 할로겐, -OH, COOZ, -CN, NZ2 로 치환될 수 있고,A is a group of the formula COOR 2 , CN, C0NR 2 2 , OR 2 and / or R 2 , wherein R 2 is hydrogen, C 1 -C 15 -alkyl group, C 1 -C 15 -alkoxy group, ethyleneoxy group or C 5 -C 20 -Aryl or heteroaryl group, wherein the radicals mentioned above can be substituted by halogen, -OH, COOZ, -CN, NZ 2 , R 은 결합, 2 가 C1-C15-알킬렌기, 2 가 C1-C15-알킬렌옥시기, 예를 들어 에틸렌옥시기 또는 2 가 C5-C20-아릴 또는 헤테로아릴기이고, 여기에서 상기 언급한 라디칼 자체는 할로겐, -OH, COOZ, -CN, NZ2 로 치환될 수 있고,R is a bond, a divalent C1-C15-alkylene group, a divalent C1-C15-alkyleneoxy group, for example an ethyleneoxy group or a divalent C5-C20-aryl or heteroaryl group, wherein the radicals mentioned above May be substituted with halogen, -OH, COOZ, -CN, NZ 2 , 라디칼 Z 는 각각 서로 독립적으로 수소, C1-C15-알킬기, C1-C15-알콕시기, 에틸렌옥시기 또는 C5-C20-아릴 또는 헤테로아릴기이고, 여기에서 상기 언급한 라디칼 자체는 할로겐, -OH, -CN 으로 치환될 수 있고,The radicals Z are each, independently of one another, hydrogen, a C1-C15-alkyl group, a C1-C15-alkoxy group, an ethyleneoxy group or a C5-C20-aryl or heteroaryl group, wherein the radicals mentioned above are halogen, -OH, May be substituted with -CN, x 는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10 이다)x is 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10) 의 화합물인 것을 특징으로 하는 막.Membrane characterized in that the compound. 제 1 항에 있어서, 비닐 함유 포스폰산/술폰산 단량체의 용액이 가교 결합할 수 있는 부가의 단량체를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 막.The membrane of claim 1 wherein the solution of vinyl containing phosphonic acid / sulfonic acid monomer further comprises an additional monomer capable of crosslinking. 제 1 항에 있어서, 단계 C) 에 따른 중합이 단계 D) 에 따른 시이트상 구조물 형성후에 수행되는 것을 특징으로 하는 막.2. The membrane according to claim 1, wherein the polymerization according to step C) is carried out after formation of the sheet-like structure according to step D). 제 1 항에 있어서, 0.001 S/㎝ 이상의 고유 전도도를 갖는 것을 특징으로 하는 막.The membrane of claim 1, having an intrinsic conductivity of at least 0.001 S / cm. 제 2 항에서 정의된 중합체 0.5 내지 96 중량% 와, 제 3 항 및 제 4 항에서 정의된 단량체의 중합으로 수득 가능한 폴리비닐포스폰산 및 폴리비닐술폰산 99.5 내지 4 중량% 를 포함하는 양성자 전도성 전해질 막.Proton conductive electrolyte membrane comprising 0.5 to 96% by weight of the polymer as defined in claim 2 and 99.5 to 4% by weight of polyvinylphosphonic acid and polyvinylsulfonic acid obtainable by polymerization of the monomers as defined in claims 3 and 4. . 하기 단계를 포함하는 방법으로 수득 가능한 양성자 전도성 중합체 혼화물:Proton conductive polymer blends obtainable by methods comprising the following steps: A. 중합체에 전자기 방사선을 조사하여 자유 라디칼을 발생시키는 단계,A. irradiating the polymer with electromagnetic radiation to generate free radicals, B. 단계 A) 에서 조사된 중합체와, 비닐 포스폰산을 포함하는 단량체 및/또는 비닐 술폰산을 포함하는 단량체의 혼합물을, 적절한 경우 용매 또는 용매 혼합물을 첨가하여 제조하는 단계,B. preparing a mixture of the polymer irradiated in step A) with a monomer comprising vinyl phosphonic acid and / or a monomer comprising vinyl sulfonic acid, if appropriate by adding a solvent or solvent mixture, C. 비닐 포스폰산 및/또는 비닐 술폰산을 포함하는 단량체를 중합시키는 단계.C. polymerizing monomers comprising vinyl phosphonic acid and / or vinyl sulfonic acid. 제 9 항에 있어서, 단계 A) 에서 사용되는 중합체가 제 2 항에서 정의된 중합체 물질인 것을 특징으로 하는 양성자 전도성 중합체 혼화물.10. The proton conductive polymer blend according to claim 9, wherein the polymer used in step A) is the polymer material as defined in claim 2. 제 9 항에 있어서, 단계 B) 에서 사용되는 비닐 함유 단량체가 제 3 항 및 제 4 항에서 정의된 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 양성자 전도성 중합체 혼화물.10. The proton conductive polymer blend according to claim 9, wherein the vinyl containing monomer used in step B) comprises the compound as defined in claims 3 and 4. 하나 이상의 전극 및 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 막을 포함하는 막-전극 유닛.Membrane-electrode unit comprising at least one electrode and at least one membrane according to claim 1. 하나 이상의 전극 및 제 9 항에 따른 양성자 전도성 중합체 혼화물을, 적절한 경우 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 막과 조합해서 포함하는 막-전극 유닛.A membrane-electrode unit comprising at least one electrode and the proton conductive polymer blend according to claim 9 in combination with at least one membrane according to any one of claims 1 to 8 as appropriate. 제 12 항 및/또는 제 13 항에 따른 하나 이상의 막-전극 유닛 및/또는 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 막 및/또는 제 9 항에 따른 양성자 전도성 중합체 혼화물을 포함하는 연료 전지.The at least one membrane-electrode unit according to claim 12 and / or 13 and / or the at least one membrane according to any one of claims 1 to 8 and / or the proton conductive polymer blend according to claim 9 Fuel cell included. 연료 전지내 이오노머로서의 제 9 항에 따른 양성자 전도성 중합체 혼화물의 용도.Use of the proton conductive polymer blend according to claim 9 as ionomer in a fuel cell.
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KR100796989B1 (en) * 2006-09-20 2008-01-22 연세대학교 산학협력단 Proton conductive crosslinked-type fluoro copolymer electrolyte membrane

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KR100796990B1 (en) * 2006-09-20 2008-01-22 연세대학교 산학협력단 Fluoro-copolymer electrolyte membranes grafted with hydrophilic and sulfonating groups
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