KR20130129328A - Mechanically stabilized polyazoles - Google Patents

Mechanically stabilized polyazoles Download PDF

Info

Publication number
KR20130129328A
KR20130129328A KR1020127032362A KR20127032362A KR20130129328A KR 20130129328 A KR20130129328 A KR 20130129328A KR 1020127032362 A KR1020127032362 A KR 1020127032362A KR 20127032362 A KR20127032362 A KR 20127032362A KR 20130129328 A KR20130129328 A KR 20130129328A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
acid
solution
membrane
polyazole
weight
Prior art date
Application number
KR1020127032362A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
프리데리케 프레이츠하커
안나 크리스타도로
조그 벨락
올리버 그론왈드
프란시스코 하비에르 로페즈 빌라누에바
버나드 브루흐만
Original Assignee
바스프 에스이
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 바스프 에스이 filed Critical 바스프 에스이
Priority claimed from PCT/IB2011/052366 external-priority patent/WO2011151775A1/en
Publication of KR20130129328A publication Critical patent/KR20130129328A/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G73/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule, not provided for in groups C08G12/00 - C08G71/00
    • C08G73/06Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain of the macromolecule
    • C08G73/08Polyhydrazides; Polytriazoles; Polyaminotriazoles; Polyoxadiazoles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D71/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06Organic material
    • B01D71/58Other polymers having nitrogen in the main chain, with or without oxygen or carbon only
    • B01D71/62Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/20Manufacture of shaped structures of ion-exchange resins
    • C08J5/22Films, membranes or diaphragms
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

본 발명은, I) 반복 단위 중에 적어도 하나의 아미노 그룹을 갖는 적어도 하나의 폴리아졸을, (i) 적어도 하나의 강산 및 (ii) 적어도 하나의 안정화 시약을 포함하는 용액으로 처리하는 단계(여기서, 용액 중의 안정화 시약의 총 함량은 0.01 내지 30중량% 범위이다),
II) 안정화 반응을 직접 수행하고/하거나, 후속 처리 단계에서, 25℃ 초과의 온도로 가열함으로써 안정화 반응을 수행하는 단계를 포함하고,
상기 안정화 시약으로서 적어도 하나의 고관능성 폴리에테르를 사용하는, 기계적 안정화된 폴리아졸의 제조방법에 관한 것이다.
이렇게 수득가능한 폴리아졸은 높은 전도성 및 매우 우수한 기계적 안정성이 특히 주목된다. 따라서, 이들은 연료 전지에서의 적용에 특히 적합하다.
The present invention comprises the steps of treating I) at least one polyazole having at least one amino group in a repeating unit with a solution comprising (i) at least one strong acid and (ii) at least one stabilizing reagent, wherein The total content of stabilizing reagents in solution ranges from 0.01 to 30% by weight),
II) conducting the stabilization reaction directly and / or in a subsequent processing step, carrying out the stabilization reaction by heating to a temperature above 25 ° C.,
A method for preparing mechanically stabilized polyazoles using at least one high functional polyether as said stabilizing reagent.
The polyazoles thus obtained are of particular note of high conductivity and very good mechanical stability. Thus, they are particularly suitable for applications in fuel cells.

Description

기계적 안정화된 폴리아졸{Mechanically stabilized polyazoles}Mechanically stabilized polyazoles

본 발명은 기계적 안정화된 폴리아졸, 특히 산-도핑된 기계적 안정화된 폴리아졸, 이의 제조방법, 및 본 발명의 맥락에서 특히 중요한, 상기 중합체 전해질 막(PEM), 막 전극 유닛(MEU) 및 PEM 연료 전지에서의 이의 용도에 관한 것이다. 또한, 상기 기계적 안정화된 폴리아졸은 다수의 추가 적용 분야에서 유리하게 사용할 수 있다.
The present invention relates to mechanically stabilized polyazoles, in particular acid-doped mechanically stabilized polyazoles, processes for their preparation, and to the polymer electrolyte membrane (PEM), membrane electrode unit (MEU) and PEM fuel, which are of particular importance in the context of the present invention. To its use in batteries. In addition, the mechanically stabilized polyazoles can be advantageously used in many further applications.

중합체 전해질 막(PEM)은 이미 공지되어 있고, 특히 연료 전지에서 사용되고 있다. 종종, 설폰산-개질된 중합체, 특히 퍼플루오르화 중합체가 사용된다. 이의 중요한 예는 미국 윌밍톤 소재의 듀폰 드 네모어(DuPont de Nemour)사의 나피온TM이다. 양성자 전도를 위해서는 막에서 상대적으로 높은 함수량이 요구되며, 이는 설폰산 그룹당 통상 4 내지 20분자의 물이다. 필수 함수량, 그러나 산성 물 및 수소 및 산소 반응 기체와 함께 중합체의 안정성은 PEM 연료 전지 스택의 작동 온도를 통상 80 내지 100℃까지 제한한다. 압력하에, 작동 온도는 120℃ 초과로 증가할 수 있다. 달리는, 보다 높은 작동 온도는 연료 전지의 성능에서 손실 없이 달성될 수 없다.Polymer electrolyte membranes (PEM) are already known and in particular used in fuel cells. Often sulfonic acid-modified polymers, in particular perfluorinated polymers, are used. An important example of this is Nafion TM from DuPont de Nemour, Wilmington, USA. Proton conduction requires a relatively high water content in the membrane, which is typically 4-20 molecules of water per sulfonic acid group. The required water content, but the stability of the polymer with acidic water and hydrogen and oxygen reactant gases, typically limits the operating temperature of the PEM fuel cell stack to 80-100 ° C. Under pressure, the operating temperature may increase above 120 ° C. In contrast, higher operating temperatures cannot be achieved without loss in the performance of the fuel cell.

그러나, 시스템상의 이유로, 연료 전지에서 100℃ 초과의 높은 작동 온도가 바람직하다. 막 전극 유닛(MEU)은 높은 작동 온도에서 현저히 우수하다. 보다 특히, 탄화수소로부터의 개질유(reformate)로 불리워지는 것을 사용하는 경우에, 상이한 양의 일산화탄소가 개질 가스에 존재하고, 이는 통상 합성 가스 처리 또는 가스 정제에 의해 제거되어야 한다. 높은 작동 온도에서, CO 불순물에 대한 촉매의 내성은 CO의 몇 용적%까지 상승한다.However, for system reasons, high operating temperatures above 100 ° C. in fuel cells are preferred. The membrane electrode unit (MEU) is remarkably good at high operating temperatures. More particularly, when using what is called a reformate from hydrocarbons, different amounts of carbon monoxide are present in the reforming gas, which must normally be removed by syngas treatment or gas purification. At high operating temperatures, the catalyst's resistance to CO impurities rises to several volume percent of CO.

또한, 열이 연료 전지의 작동에서 방출된다. 그러나, 이들 시스템을 80℃ 미만으로 냉각시키는 것은 매우 비용이 많이 들고 불편할 수 있다. 동력 출력에 따라, 냉각 장치는 훨씬 더 단순화될 수 있다. 이는, 100℃ 초과의 온도에서 작동되는 연료 전지 시스템에서, 폐열이 훨씬 더 양호하게 사용될 수 있고, 따라서 연료 전지 시스템 효율이 동력-열 결합에 의해 향상될 수 있음을 의미한다.In addition, heat is released in the operation of the fuel cell. However, cooling these systems below 80 ° C. can be very expensive and inconvenient. Depending on the power output, the cooling device can be much simpler. This means that in fuel cell systems operating at temperatures above 100 ° C., waste heat can be used much better, and thus fuel cell system efficiency can be improved by power-thermal coupling.

이들 온도를 달성하기 위해, 신규한 전도성 메카니즘을 갖는 막이 일반적으로 사용된다. 이들 목적을 위한 한 가지 방식은, 물을 사용하지 않고서 전기 전도성을 나타내는 막을 사용하는 것이다. 이러한 방향의 첫번째 개발은, 예를 들면, 국제공개공보 WO 96/13872호에 상세되어 있다. 예를 들면, 국제공개공보 WO 96/13872호는, 캐스팅 공정에 의해 생성된 산 도핑된 폴리벤즈이미다졸 막의 사용을 개시한다.In order to achieve these temperatures, membranes with novel conductive mechanisms are generally used. One way for these purposes is to use a membrane that exhibits electrical conductivity without the use of water. The first development in this direction is detailed, for example, in WO 96/13872. For example, WO 96/13872 discloses the use of acid doped polybenzimidazole membranes produced by a casting process.

물의 사용 없이 전기 전도성을 또한 나타내는 산 함유 폴리아졸 막의 신규 생성법은 국제공개공보 WO 02/088219호에 기재되어 있다. 국제공개공보 WO 02/088219호에 개시된 산 함유 폴리아졸 막은 우수한 특성 프로파일을 나타낸다.Novel production of acid-containing polyazole membranes which also exhibit electrical conductivity without the use of water is described in WO 02/088219. The acid containing polyazole membranes disclosed in WO 02/088219 exhibit excellent profile of properties.

그러나, PEM 연료의 의도된 용도에 기인하여, 산 함유 폴리아졸 막의 기계적 특성은 일정한 개선의 필요가 있다. 예를 들면, 이러한 막은 여전히 비교적 연성이고, 따라서 제한 기계적 내구성만을 가지며, 기계적 안정성은 온도 상승에 따라 감소하고, 이는 통상의 작동 윈도우(약 160 내지 180℃)의 상한 범위에서 안정성 문제를 유도할 수 있다. 따라서, 높은 전도성과 동시에, 기계적 특성, 특히 막 안정성을 개선시킬 필요가 있다.However, due to the intended use of the PEM fuel, the mechanical properties of the acid containing polyazole membranes need to be improved consistently. For example, such membranes are still relatively soft, and thus have only limited mechanical durability, and mechanical stability decreases with increasing temperature, which can lead to stability problems in the upper range of typical operating windows (about 160-180 ° C.). have. Accordingly, there is a need to improve mechanical properties, in particular film stability, at the same time as high conductivity.

브릿징 또는 가교결합 반응에 의한 기계적 안정성은 중합체 기술에 이미 충분히 공지되어 있다. 그러나, 여기서의 문제점은, 중합체 자체가 충분한 기계적 안정성을 갖는 경우에도, 양성자 전도성을 부여할 목적으로 강산을 사용한 함침/도핑의 결과로서, 당해 중합체의 기계적 안정성이 부적당한 정도까지 감소하는 경우가 있을 수 있다는 점이다.Mechanical stability by bridging or crosslinking reactions is already well known in the polymer art. However, the problem here is that even if the polymer itself has sufficient mechanical stability, as a result of impregnation / doping with a strong acid for the purpose of imparting proton conductivity, the mechanical stability of the polymer may sometimes decrease to an unsuitable degree. Can be.

산 함유 폴리아졸 막의 기계적 안정성을 개선시키는 첫번째 접근법은 국제공개공보 WO 00/44816호 및 WO 02/070592호에서 발견할 수 있다. 이는 양성자성 극성 유기 용매 중의 폴리아졸 중합체의 용액을 먼저 제조하고 당해 용액에 브릿징 시약을 제공하는 것을 수반한다. 필름을 형성한 후, 유기 용매를 제거하고, 브릿징 반응을 수행한다. 이어서, 필름을 강산으로 도핑하고, 사용한다. 수득된 산 함유 폴리아졸 막은, 브릿징되지 않은 산 함유 폴리아졸 막과 비교하여, 우수한 전도성과 동시에 개선된 기계적 안정성을 나타낸다.The first approach to improving the mechanical stability of acid containing polyazole membranes can be found in WO 00/44816 and WO 02/070592. This involves first preparing a solution of the polyazole polymer in a protic polar organic solvent and providing a bridging reagent to the solution. After the film is formed, the organic solvent is removed and a bridging reaction is performed. The film is then doped with a strong acid and used. The acid-containing polyazole membranes obtained exhibit good conductivity and improved mechanical stability at the same time as compared to the unbridged acid-containing polyazole membranes.

그러나, 현재 공지된 방법의 도움으로, 폴리아졸 중합체의 브릿징 또는 가교결합이 가능하지만, 양성자성 극성 유기 용매의 사용은 새로운 제한을 일으키는 것이 밝혀졌다. 특히, 고분자량 폴리아졸은 제한된 용해도만을 갖고, 상기 유기 용매에 불용성이며, 따라서 처리될 수 없다.
However, with the help of currently known methods, bridging or crosslinking of polyazole polymers is possible, but the use of protic polar organic solvents has been found to cause new limitations. In particular, high molecular weight polyazoles have only limited solubility and are insoluble in the organic solvent and thus cannot be treated.

따라서, 본 발명의 목적은 폴리아졸, 바람직하게는 산 도핑된 폴리아졸, 특히 폴리아졸계 산 도핑된 막의 기계적 안정화를 위해 보다 우수한 선택권을 제안하는 것이다. 또한, 폴리아졸, 바람직하게는 산 도핑된 폴리아졸, 보다 바람직하게는 산 함유 폴리아졸 막의 우수한 특성 프로파일은 특히 전도성과 관련하여 유지 또는 개선되어야 한다. 추가의 목적은 폴리아졸, 바람직하게는 산 도핑된 폴리아졸, 보다 바람직하게는 막의 압축 안정성을 특히 20 내지 200℃ 범위의 온도에서 개선시키는 것이다. 또한, 폴리아졸, 바람직하게는 산 도핑된 폴리아졸, 보다 바람직하게는 막은 비교적 단순한 방식으로 최소 비용으로 생성가능해야 한다. 마지막으로, 또 다른 목적은 건강의 관점에서 매우 안전한 용액이다.It is therefore an object of the present invention to propose better options for the mechanical stabilization of polyazoles, preferably acid doped polyazoles, in particular polyazole based acid doped membranes. In addition, the good property profiles of polyazoles, preferably acid doped polyazoles, more preferably acid containing polyazole membranes, must be maintained or improved, especially with regard to conductivity. A further object is to improve the compressive stability of polyazoles, preferably acid doped polyazoles, more preferably membranes, especially at temperatures in the range of 20 to 200 ° C. In addition, polyazoles, preferably acid doped polyazoles, more preferably membranes, should be produceable at minimal cost in a relatively simple manner. Finally, another object is a very safe solution from the health point of view.

상기 언급된 관계로부터 즉시 명백해지는 이들 및 추가의 목적은 본원 청구항 제1항의 모든 특징을 갖는 방법에 의해 달성된다. 종속항은 본 발명 방법의 특히 적절한 변형태이다. 또한, 본 발명 방법으로 수득할 수 있는 안정화 중합체, 막 및 막 전극 어셈블리 및 이의 바람직한 사용 분야가 보호된다.
These and further objects which are immediately evident from the above mentioned relations are achieved by a method having all the features of claim 1 herein. The dependent claims are a particularly suitable variant of the method of the invention. In addition, the stabilizing polymers, membrane and membrane electrode assemblies obtainable by the process of the invention and their preferred fields of use are protected.

따라서, 본 발명은, Therefore,

본 발명은, I) 반복 단위 중에 적어도 하나의 아미노 그룹을 갖는 적어도 하나의 폴리아졸을, (i) 적어도 하나의 강산 및 (ii) 적어도 하나의 안정화 시약을 포함하는 용액으로 처리하는 단계(여기서, 용액 중의 안정화 시약의 총 함량은 0.01 내지 30중량% 범위이다),The present invention comprises the steps of treating I) at least one polyazole having at least one amino group in a repeating unit with a solution comprising (i) at least one strong acid and (ii) at least one stabilizing reagent, wherein The total content of stabilizing reagents in solution ranges from 0.01 to 30% by weight),

II) 안정화 반응을 직접 수행하고/하거나, 후속 처리 단계에서, 25℃ 초과의 온도로 가열함으로써 안정화 반응을 수행하는 단계를 포함하고, II) conducting the stabilization reaction directly and / or in a subsequent processing step, carrying out the stabilization reaction by heating to a temperature above 25 ° C.,

상기 안정화 시약으로서 적어도 하나의 고관능성 폴리에테르를 사용하는, 기계적 안정화된 폴리아졸의 제조방법에 관한 것이다.A method for preparing mechanically stabilized polyazoles using at least one high functional polyether as said stabilizing reagent.

본 발명은 폴리아졸, 바람직하게는 산 도핑된 폴리아졸, 특히 산 함유 및 양상자 전도성 폴리아졸 막의 기계적 안정성에 대한 특히 유리한 선택권을 개시한다. 현재까지 공지된 고분자량 폴리아졸은 불안정화되었고, 브릿징 및/또는 가교결합에 의해 개질되고 현재까지 공지되어 있는 폴리아졸은 고분자량 폴리아졸을 포함하지 않는다.The present invention discloses particularly advantageous options for the mechanical stability of polyazoles, preferably acid doped polyazoles, in particular acid containing and modulator conductive polyazole membranes. The high molecular weight polyazoles known to date have been destabilized and the polyazoles modified by bridging and / or crosslinking and known to date do not comprise high molecular weight polyazoles.

또한, 상기 발명에 따라, 개선된 탄성률 및 개선된 파단 신도를 갖는, 폴리아졸, 특히 산 함유 양성자 전도성 고분자량 폴리아졸 중합체를 최초로 수득할 수 있다. 두가지 특성은 연료 전지용 중합체 전해질 막에서 사용하기에 특히 중요성을 갖는다.In addition, according to the invention, polyazoles, in particular acid containing proton conductive high molecular weight polyazole polymers, with improved elastic modulus and improved elongation at break can be obtained for the first time. Both properties are of particular importance for use in polymer electrolyte membranes for fuel cells.

추가로, 바람직하게는 적어도 하나의 본 발명의 중합체를 포함하는 막 형태로 존재하는, 본 발명의 중합체의 전도성은 특히 높다.In addition, the conductivity of the polymer of the invention, which is preferably in the form of a membrane comprising at least one polymer of the invention, is particularly high.

더욱이, 바람직하게는 적어도 하나의 본 발명의 중합체를 포함하는 막 형태로 존재하는 본 발명의 중합체는 특히 20℃ 내지 200℃ 범위의 온도에서 개선된 압축 안정성이 현저하다.Moreover, the polymers of the invention, preferably present in the form of membranes comprising at least one polymer of the invention, are particularly marked for improved compression stability at temperatures in the range from 20 ° C to 200 ° C.

마지막으로, 본 발명의 성취는 산업적 규모로 저렴하게 비교적 단순한 방식으로 수행할 수 있고, 건강 관점에서 완전히 안전하다.
Finally, the achievement of the present invention can be carried out in a relatively simple manner at an inexpensive scale on an industrial scale and is completely safe from a health standpoint.

폴리아졸(들)Polyazole (s)

본 발명과 관련하여 폴리아졸은 중합체 중의 반복 단위가 바람직하게는 적어도 하나의 질소원자를 갖는 적어도 하나의 방향족 환을 포함하는 폴리아졸 중합체를 의미하는 것으로 이해된다. 방향족 환은 바람직하게는 1 내지 3개의 질소원자를 갖는 5 또는 6원의 환이고, 이는 또 다른 환, 특히 또 다른 방향족 환과 융합될 수 있다. 개개 질소 헤테로원자는 또한 산소, 인 및/또는 황 원자로 치환될 수 있다. 헤테로사이클릭 방향족 환은 바람직하게는 주요 중합체 쇄에 존재하지만, 또한 측쇄에 존재할 수도 있다. 환 내에 1 내지 5개의 질소원자 또는, 질소원자 뿐만 아니라 하나 이상의 기타 헤테로원자를 포함하는 불포화 5원 또는 6원 방향족 단위를 반복 단위에 포함하는 이들 염기성 중합체가 특히 바람직하다.Polyazoles in the context of the present invention are understood to mean polyazole polymers in which the repeating unit in the polymer preferably comprises at least one aromatic ring having at least one nitrogen atom. The aromatic ring is preferably a 5 or 6 membered ring having 1 to 3 nitrogen atoms, which can be fused with another ring, in particular another aromatic ring. Individual nitrogen heteroatoms may also be substituted with oxygen, phosphorus and / or sulfur atoms. Heterocyclic aromatic rings are preferably present in the main polymer chain, but may also be present in the side chain. Particular preference is given to these basic polymers comprising in the repeating unit an unsaturated 5- or 6-membered aromatic unit comprising 1 to 5 nitrogen atoms or nitrogen atoms as well as one or more other heteroatoms in the ring.

본 발명의 폴리아졸은 반복 단위 중에 적어도 하나의 아미노 그룹을 갖는다. 아미노 그룹은 1급 아미노 그룹(NH2 그룹), 2급 아미노 그룹(NH 그룹) 또는 3급 그룹으로 나타낼 수 있고, 이는 사이클릭, 임의로 방향족 구조체의 일부 또는 방향족 단위 상의 치환체의 일부이다.Polyazoles of the invention have at least one amino group in the repeating unit. The amino group can be represented by a primary amino group (NH 2 group), secondary amino group (NH group) or tertiary group, which is a cyclic, optionally part of an aromatic structure or part of a substituent on an aromatic unit.

반복 단위 중의 아미노 그룹에 기인하여, 중합체는 염기성이고, 반복 단위는 아미노 그룹을 통해 안정화 시약(폴리에테르)과 우선적으로 반응할 수 있다. 안정화 시약에 대한 반응성에 비추어, 반복 단위 중의 아미노 그룹은 바람직하게는, 아졸 반복 단위의 환의 일부를 적절하게 형성하는 1급 또는 2급 아미노 그룹, 보다 바람직하게는 사이클릭 2급 아미노 그룹이다.Due to the amino group in the repeating unit, the polymer is basic and the repeating unit may preferentially react with the stabilizing reagent (polyether) via the amino group. In view of the reactivity to the stabilizing reagent, the amino group in the repeating unit is preferably a primary or secondary amino group, more preferably a cyclic secondary amino group, which suitably forms part of the ring of the azole repeating unit.

본 발명에 따르는 방법은 폴리아졸을 기반으로 한 기계적 안정화 중합체 막을 제조하기 위해 특히 사용된다.The process according to the invention is especially used for producing mechanical stabilized polymer membranes based on polyazoles.

첫번째 특히 바람직한 변형예에서, 본 발명에 따르는 방법은,In a first particularly preferred variant, the method according to the invention

a) 반복 단위에 적어도 하나의 아미노 그룹를 갖는 적어도 하나의 폴리아졸을 포함하는 필름을 생성하는 단계,a) producing a film comprising at least one polyazole having at least one amino group in a repeating unit,

b) 단계(a)로부터의 필름을, (i) 적어도 하나의 강산 및 (ii) 적어도 하나의 안정화 시약을 포함하는 용액으로 처리하는 단계(여기서, 용액 중의 안정화 시약의 총 함량은 0.01 내지 30중량% 범위이다),b) treating the film from step (a) with a solution comprising (i) at least one strong acid and (ii) at least one stabilizing reagent, wherein the total content of stabilizing reagent in the solution is from 0.01 to 30 weight % Range),

c) 단계(b)에서 수득한 막에서 안정화 반응을 직접 수행하거나, 후속 막 처리 단계에서 25℃ 초과의 온도로 가열에 의해 안정화 반응을 수행하는 단계, c) performing the stabilization reaction directly on the membrane obtained in step (b) or by heating to a temperature above 25 ° C. in a subsequent membrane treatment step,

d) 임의로 추가로 단계(c)에서 수득한 막을 강산으로 도핑하거나 존재하는 물을 제거하여 존재하는 강산을 농축시키는 단계를 포함하고,d) optionally further doping the membrane obtained in step (c) with a strong acid or removing the water present to concentrate the strong acid present,

안정화 시약으로서 적어도 하나의 고관능성 폴리에테르를 사용한다.At least one high functional polyether is used as a stabilizing reagent.

폴리아졸을 포함하는 필름 또는 호일의 생성은 이미 공지되어 있다. 당해 제조는, 예를 들면, 국제공개공보 WO 2004/024797호에 기재된 바와 같이 수행되며, The production of films or foils comprising polyazoles is already known. The preparation is carried out, for example, as described in WO 2004/024797,

A) 하나 이상의 방향족 테트라아미노 화합물을, 카복실산 단량체당 적어도 2개의 산 그룹을 함유하는 하나 이상의 방향족 카복실산 또는 이의 에스테르와 혼합하거나, 하나 이상의 방향족 및/또는 헤테로방향족 디아미노카복실산을 폴리인산 속에서 혼합하여 용액 및/또는 분산액을 형성하는 단계,A) at least one aromatic tetraamino compound is mixed with at least one aromatic carboxylic acid or ester thereof containing at least two acid groups per carboxylic acid monomer, or at least one aromatic and / or heteroaromatic diaminocarboxylic acid is mixed in polyphosphoric acid Forming a solution and / or dispersion,

B) 단계(A)로부터의 혼합물을 사용하여 층을 지지체에 적용하는 단계,B) applying the layer to the support using the mixture from step (A),

C) 단계(B)에 따라 수득할 수 있는 평탄 구조체/층을 불활성 가스하에 350℃ 이하, 바람직하게는 280℃ 이하의 온도로 가열하여 폴리아졸 중합체를 형성하는 단계,C) heating the flat structure / layer obtainable according to step (B) to a temperature of 350 ° C. or lower, preferably 280 ° C. or lower, under inert gas to form a polyazole polymer,

D) 단계(C)에서 형성된 상기 중합체를 가수분해(자가 지지될 때까지)하는 단계,D) hydrolyzing (until self-supporting) the polymer formed in step (C),

E) 단계(D)에서 형성된 상기 중합체 필름을 상기 지지체로부터 분리시키는 단계 및E) separating the polymer film formed in step (D) from the support and

F) 존재하는 폴리인산 또는 인산을 제거하고 건조시키는 단계를 포함한다.F) removing and drying the polyphosphoric acid or phosphoric acid present.

본 발명에 따라 사용되는 방향족 및 헤테로방향족 테트라아미노 화합물은 바람직하게는 3,3',4,4'-테트라아미노비페닐, 2,3,5,6-테트라아미노피리딘, 1,2,4,5-테트라아미노벤젠, 3,3',4,4'-테트라아미노디페닐 설폰, 3,3',4,4'-ㅌ테트라아미노디페닐 에테르, 3,3',4,4'-테트라아미노벤조페논, 3,3',4,4'-테트라아미노디페닐메탄 및 3,3',4,4'-테트라아미노디페닐디메틸메탄 및 이의 염, 특히 이의 모노-, 디-, 트리- 및 테트라하이드로클로라이드 및 테트라하이드로클로라이드 유도체이다.The aromatic and heteroaromatic tetraamino compounds used according to the invention are preferably 3,3 ', 4,4'-tetraaminobiphenyl, 2,3,5,6-tetraaminopyridine, 1,2,4, 5-tetraaminobenzene, 3,3 ', 4,4'-tetraaminodiphenyl sulfone, 3,3', 4,4'-butetraaminodiphenyl ether, 3,3 ', 4,4'-tetra Aminobenzophenone, 3,3 ', 4,4'-tetraaminodiphenylmethane and 3,3', 4,4'-tetraaminodiphenyldimethylmethane and salts thereof, in particular mono-, di-, tri- And tetrahydrochloride and tetrahydrochloride derivatives.

본 발명에 따라 사용되는 방향족 카복실산은 디카복실산 및 트리카복실산 및 테트라카복실산, 또는 이의 에스테르 또는 무수물 또는 산 무수물이다. 용어 "방향족 카복실산"은 마찬가지로 헤테로방향족 카복실산을 또한 포함한다. 방향족 카복실산은 바람직하게는 이소프탈산, 테레프탈산, 프탈산, 5-하이드록시이소프탈산, 4-하이드록시이소프탈산, 2-하이드록시테레프탈산, 5-아미노이소프탈산, 5-N,N-디메틸아미노이소프탈산, 5-N,N-디에틸아미노이소프탈산, 2,5-디하이드록시테레프탈산, 2,6-디하이드록시이소프탈산, 4,6-디하이드록시이소프탈산, 2,3-디하이드록시프탈산, 2,4-디하이드록시프탈산, 3,4-디하이드록시프탈산, 3-플루오로프탈산, 5-플루오로이소프탈산, 2-플루오로테레프탈산, 테트라플루오로프탈산, 테트라플루오로이소프탈산, 테트라플루오로테레프탈산, 1,4-나프탈렌디카복실산, 1,5-나프탈렌디카복실산, 2,6-나프탈렌디카복실산, 2,7-나프탈렌디카복실산, 디펜산, 1,8-디하이드록시나프탈렌-3,6-디카복실산, 디페닐 에테르 4,4'-디카복실산, 벤조페논-4,4'-디카복실산, 디페닐 설폰 4,4'-디카복실산, 비페닐-4,4'-디카복실산, 4-트리플루오로메틸프탈산, 2,2-비스(4-카복시페닐)헥사플루오로프로펜, 4,4'-스틸벤디카복실산 및 4-카복시신남산, 또는 이의 C1-C20-알킬 에스테르 또는 C5-C12-아릴 에스테르 또는 이의 산 무수물 또는 이의 산 클로라이드이다. 방향족 트리-, 테트라카복실산 또는 이의 C1-C20-알킬 에스테르 또는 C5-C12-아릴 에스테르 또는 이의 산 무수물 또는 이의 산 클로라이드는 바람직하게는 1,3,5-벤젠트리카복실산(트리메식산); 1,2,4-벤젠트리카복실산(트리멜리트산); (2-카복시페닐)이미노디아세트산, 3,5,3'-비페닐트리카복실산; 3,5,4'-비페닐트리카복실산이다.The aromatic carboxylic acids used according to the invention are dicarboxylic acids and tricarboxylic acids and tetracarboxylic acids, or esters or anhydrides or acid anhydrides thereof. The term "aromatic carboxylic acid" likewise encompasses heteroaromatic carboxylic acids. The aromatic carboxylic acid is preferably isophthalic acid, terephthalic acid, phthalic acid, 5-hydroxyisophthalic acid, 4-hydroxyisophthalic acid, 2-hydroxyterephthalic acid, 5-aminoisophthalic acid, 5-N, N-dimethylaminoisophthalic acid, 5-N, N-diethylaminoisophthalic acid, 2,5-dihydroxyterephthalic acid, 2,6-dihydroxyisophthalic acid, 4,6-dihydroxyisophthalic acid, 2,3-dihydroxyphthalic acid, 2,4-dihydroxyphthalic acid, 3,4-dihydroxyphthalic acid, 3-fluorophthalic acid, 5-fluoroisophthalic acid, 2-fluoroterephthalic acid, tetrafluorophthalic acid, tetrafluoroisophthalic acid, tetrafluoro Roterephthalic acid, 1,4-naphthalenedicarboxylic acid, 1,5-naphthalenedicarboxylic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, 2,7-naphthalenedicarboxylic acid, diphenic acid, 1,8-dihydroxynaphthalene-3,6 -Dicarboxylic acid, diphenyl ether 4,4'-dicarboxylic acid, benzophenone-4,4'-dicarboxylic acid, diphenyl Von 4,4'-dicarboxylic acid, biphenyl-4,4'-dicarboxylic acid, 4-trifluoromethylphthalic acid, 2,2-bis (4-carboxyphenyl) hexafluoropropene, 4,4'- Stilbendicarboxylic acid and 4-carboxycinnamic acid, or a C 1 -C 20 -alkyl ester or C 5 -C 12 -aryl ester or acid anhydride or acid chloride thereof. Aromatic tri-, tetracarboxylic acids or C1-C20-alkyl esters or C5-C12-aryl esters or acid anhydrides or acid chlorides thereof are preferably 1,3,5-benzenetricarboxylic acid (trimethic acid); 1,2,4-benzenetricarboxylic acid (trimellitic acid); (2-carboxyphenyl) iminodiacetic acid, 3,5,3'-biphenyltricarboxylic acid; 3,5,4'-biphenyltricarboxylic acid.

방향족 테트라카복실산 또는 이의 C1-C20-알킬 에스테르 또는 C5-C12-아릴 에스테르 또는 이의 산 무수물 또는 이의 산 클로라이드는 바람직하게는 3,5,3',5'-비페닐테트라카복실산, 벤젠-1,2,4,5-테트라카복실산, 벤조페논테트라카복실산, 3,3',4,4'-비페닐테트라카복실산, 2,2',3,3'-비페닐테트라카복실산, 1,2,5,6-나프탈렌테트라카복실산, 1,4,5,8-나프탈렌테트라카복실산이다.Aromatic tetracarboxylic acids or their C1-C20-alkyl esters or C5-C12-aryl esters or acid anhydrides or acid chlorides thereof are preferably 3,5,3 ', 5'-biphenyltetracarboxylic acid, benzene-1,2 , 4,5-tetracarboxylic acid, benzophenonetetracarboxylic acid, 3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarboxylic acid, 2,2', 3,3'-biphenyltetracarboxylic acid, 1,2,5,6 Naphthalene tetracarboxylic acid, 1,4,5,8-naphthalene tetracarboxylic acid.

본 발명에 따라 사용된 헤테로방향족 카복실산은 헤테로방향족 디카복실산 및 트리카복실산 및 테트라카복실산, 또는 이의 에스테르 또는 이의 무수물이다. 헤테로방향족 카복실산은 방향족 환 내에 적어도 하나의 질소, 산소, 황 또는 인 원자를 함유하는 방향족 시스템을 의미하는 것으로 이해된다. 이들은 바람직하게는 피리딘-2,5-디카복실산, 피리딘-3,5-디카복실산, 피리딘-2,6-디카복실산, 피리딘-2,4-디카복실산, 4-페닐-2,5-피리딘디카복실산, 3,5-피라졸디카복실산, 2,6-피리미딘디카복실산, 2,5-피라진디카복실산, 2,4,6-피리딘트리카복실산, 벤즈아미다졸-5,6-디카복실산, 및 또한 이의 C1-C20-알킬 에스테르 또는 C5-C12-아릴 에스테르, 또는 이의 산 무수물 또는 이의 산 클로라이드이다.Heteroaromatic carboxylic acids used according to the invention are heteroaromatic dicarboxylic acids and tricarboxylic acids and tetracarboxylic acids, or esters or anhydrides thereof. Heteroaromatic carboxylic acid is understood to mean an aromatic system containing at least one nitrogen, oxygen, sulfur or phosphorus atom in the aromatic ring. These are preferably pyridine-2,5-dicarboxylic acid, pyridine-3,5-dicarboxylic acid, pyridine-2,6-dicarboxylic acid, pyridine-2,4-dicarboxylic acid, 4-phenyl-2,5-pyridinedi Carboxylic acid, 3,5-pyrazoledicarboxylic acid, 2,6-pyrimidinedicarboxylic acid, 2,5-pyrazinedicarboxylic acid, 2,4,6-pyridinetricarboxylic acid, benzamidazole-5,6-dicarboxylic acid, and also C1-C20-alkyl esters or C5-C12-aryl esters thereof, or acid anhydrides thereof or acid chlorides thereof.

트리카복실산 또는 테트라카복실산(사용된 디카복실산 기준)은 0 내지 30 mol%, 바람직하게는 0.1 내지 20 mol%, 특히 0.5 내지 10 mol%이다.The tricarboxylic acid or tetracarboxylic acid (based on the dicarboxylic acid used) is 0 to 30 mol%, preferably 0.1 to 20 mol%, in particular 0.5 to 10 mol%.

본 발명에 따라 방향족 및 헤테로방향족 디아미노카복실산은 바람직하게는 디아미노벤조산 및 이의 모노- 및 디하이드로클로라이드 유도체이다.The aromatic and heteroaromatic diaminocarboxylic acids according to the invention are preferably diaminobenzoic acids and their mono- and dihydrochloride derivatives.

바람직하게는, 단계(A)에서, 적어도 2개의 상이한 방향족 카복실산의 혼합물이 사용된다. 방향족 카복실산 뿐만 아니라 헤테로방향족 카복실산을 또한 포함하는 혼합물을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 방향족 카복실산 대 헤테로방향족 카복실산의 혼합 비는 1:99 내지 99:1, 바람직하게는 1:50 내지 50:1이다.Preferably, in step (A), a mixture of at least two different aromatic carboxylic acids is used. Particular preference is given to using mixtures which comprise not only aromatic carboxylic acids but also heteroaromatic carboxylic acids. The mixing ratio of aromatic carboxylic acid to heteroaromatic carboxylic acid is 1:99 to 99: 1, preferably 1:50 to 50: 1.

이들 혼합물은 특히 N-헤테로방향족 디카복실산과 방향족 디카복실산의 혼합물이다. 이의 비제한적 예는 이소프탈산, 테레프탈산, 프탈산, 2,5-디하이드록시테레프탈산, 2,6-디하이드록시이소프탈산, 4,6-디하이드록시이소프탈산, 2,3-디하이드록시프탈산, 2,4-디하이드록시프탈산, 3,4-디하이드록시프탈산, 1,4-나프탈렌디카복실산, 1,5-나프탈렌디카복실산, 2,6-나프탈렌디카복실산, 2,7-나프탈렌디카복실산, 디페닉산, 1,8-디하이드록시나프탈렌-3,6-디카복실산, 디페닐 에테르 4,4'-디카복실산, 벤조페논-4,4'-디카복실산, 디페닐 설폰 4,4'-디카복실산, 비페닐-4,4'-디카복실산, 4-트리플루오로메틸프탈산, 피리딘-2,5-디카복실산, 피리딘-3,5-디카복실산, 피리딘-2,6-디카복실산, 피리딘-2,4-디카복실산, 4-페닐-2,5-피리딘디카복실산, 3,5-피라졸디카복실산, 2,6-피리미딘디카복실산, 2,5-피라진디카복실산이다.These mixtures are in particular mixtures of N-heteroaromatic dicarboxylic acids with aromatic dicarboxylic acids. Non-limiting examples thereof are isophthalic acid, terephthalic acid, phthalic acid, 2,5-dihydroxyterephthalic acid, 2,6-dihydroxyisophthalic acid, 4,6-dihydroxyisophthalic acid, 2,3-dihydroxyphthalic acid, 2,4-dihydroxyphthalic acid, 3,4-dihydroxyphthalic acid, 1,4-naphthalenedicarboxylic acid, 1,5-naphthalenedicarboxylic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, 2,7-naphthalenedicarboxylic acid, Diphenic acid, 1,8-dihydroxynaphthalene-3,6-dicarboxylic acid, diphenyl ether 4,4'-dicarboxylic acid, benzophenone-4,4'-dicarboxylic acid, diphenyl sulfone 4,4'- Dicarboxylic acid, biphenyl-4,4'-dicarboxylic acid, 4-trifluoromethylphthalic acid, pyridine-2,5-dicarboxylic acid, pyridine-3,5-dicarboxylic acid, pyridine-2,6-dicarboxylic acid, pyridine -2,4-dicarboxylic acid, 4-phenyl-2,5-pyridinedicarboxylic acid, 3,5-pyrazoledicarboxylic acid, 2,6-pyrimidinedicarboxylic acid, 2,5-pyrazinedicarboxylic acid.

단계(A)에 사용된 폴리인산은, 예를 들면, 리에델-데 하엔(Riedel-de Haen)사로부터 입수가능한 시판 폴리인산을 포함한다. 폴리인산 Hn+2PnO3n+1 (n>1)은 통상, P2O5(산량적정 수단에 의해)으로 계산하여, 적어도 83%의 함량을 갖는다. 모노머의 용액 대신에, 또한 분산액/현탁액을 생성할 수 있다. 단계(A)에서 수득한 혼합물은 폴리인산 대 모든 단량체 합계의 중량비가 1:10 000 내지 10 000:1, 바람직하게는 1:1000 내지 1000:1, 특히 1:100 내지 100:1이다.The polyphosphoric acid used in step (A) includes, for example, commercial polyphosphoric acid available from Riedel-de Haen. Polyphosphoric acid H n + 2 P n O 3n + 1 (n> 1) usually has a content of at least 83% calculated by P 2 O 5 (by acid titration means). Instead of a solution of monomers, it is also possible to produce dispersions / suspensions. The mixture obtained in step (A) has a weight ratio of polyphosphoric acid to the sum of all monomers from 1:10 000 to 10 000: 1, preferably from 1: 1000 to 1000: 1, in particular from 1: 100 to 100: 1.

상기 층은 단계(B)에서 자체로 공지된 수단(캐스팅, 스프레이, 나이프-코팅)에 의해 형성되며, 이는 중합체 필름 생성을 위해 당해 기술분야에 공지되어 있다. 적합한 지지체는 당해 조건하에 불활성으로 기재될 수 있는 모든 지지체이다. 그러나, 이들 불활성 지지체에 추가하여, 다른 지지체, 예를 들면, 단계(B)에서 형성된 층과 결합하여 적층체를 형성하는, 중합체 필름, 직포 및 부직포가 적합하다. 점도를 조절하기 위해, 인산(농축 인산, 85%)은 임의로 용액에 첨가할 수 있다. 이는 점도를 목적하는 값으로 조절할 수 있고, 막의 형성을 촉진시킬 수 있다. 단계(B)에서 수득한 층은 후속 사용에 부합하는 두께를 갖고, 어떠한 제한도 없다. 통상적으로, 형성된 층은 두께가 1 내지 5000㎛, 바람직하게는 1 내지 3500㎛, 특히 1 내지 100㎛이다.The layer is formed by means known per se (casting, spraying, knife-coating) in step (B), which is known in the art for producing polymer films. Suitable supports are all supports which can be described as inert under these conditions. However, in addition to these inert supports, polymeric films, wovens and nonwovens are suitable, in combination with other supports such as the layer formed in step (B) to form a laminate. To adjust the viscosity, phosphoric acid (concentrated phosphoric acid, 85%) may optionally be added to the solution. This can adjust the viscosity to the desired value and can promote the formation of the film. The layer obtained in step (B) has a thickness corresponding to the subsequent use, and there is no limitation. Typically, the formed layer has a thickness of 1 to 5000 μm, preferably 1 to 3500 μm, in particular 1 to 100 μm.

단계(C)에서 형성된 폴리아졸계 중합체는, 본 발명과 관련하여 바람직하게 사용된 다른 폴리아졸과 마찬가지로, 화학식 I 및/또는 화학식 II 및/또는 화학식 III 및/또는 화학식 IV 및/또는 화학식 V 및/또는 화학식 VI 및/또는 화학식 VII 및/또는 화학식 VIII 및/또는 화학식 IX 및/또는 화학식 X 및/또는 화학식 XI 및/또는 화학식 XII 및/또는 화학식 XIII 및/또는 화학식 XIV의 반복 아졸 단위를 포함한다:The polyazole-based polymer formed in step (C), like the other polyazoles preferably used in connection with the present invention, has the formula I and / or formula II and / or formula III and / or formula IV and / or formula V and / Or a repeating azole unit of Formula VI and / or Formula VII and / or Formula VIII and / or Formula IX and / or Formula X and / or Formula XI and / or Formula XII and / or Formula XIII and / or Formula XIV. :

[화학식 I](I)

Figure pct00001
Figure pct00001

[화학식 II]≪ RTI ID = 0.0 &

Figure pct00002
Figure pct00002

[화학식 III][Formula III]

Figure pct00003
Figure pct00003

[화학식 IV](IV)

Figure pct00004
Figure pct00004

[화학식 V](V)

Figure pct00005
Figure pct00005

[화학식 VI](VI)

Figure pct00006
Figure pct00006

[화학식 VII](VII)

Figure pct00007
Figure pct00007

[화학식 VIII](VIII)

Figure pct00008
Figure pct00008

[화학식 IX](IX)

Figure pct00009
Figure pct00009

[화학식 X](X)

Figure pct00010
Figure pct00010

[화학식 XI](XI)

Figure pct00011
Figure pct00011

[화학식 XII](XII)

Figure pct00012
Figure pct00012

[화학식 XIII](XIII)

Figure pct00013
Figure pct00013

[화학식 XIV](XIV)

Figure pct00014
Figure pct00014

상기 화학식 I 내지 XIV에서,In Formulas I to XIV,

Ar은 동일하거나 상이하고, 각각 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭일 수 있는 4가 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이고,Ar is a tetravalent aromatic or heteroaromatic group, which may be the same or different and may be monocyclic or polycyclic, respectively,

Ar1은 동일하거나 상이하고, 각각 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭일 수 있는 2가 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이고,Ar 1 is the same or different and is a divalent aromatic or heteroaromatic group, which may each be monocyclic or polycyclic,

Ar2는 동일하거나 상이하고, 각각 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭일 수 있는 2가 또는 3가 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이고,Ar 2 is the same or different and is a divalent or trivalent aromatic or heteroaromatic group which may be monocyclic or polycyclic, respectively,

Ar3은 동일하거나 상이하고, 각각 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭일 수 있는 3가 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이고,Ar 3 is the same or different and is a trivalent aromatic or heteroaromatic group, which may each be monocyclic or polycyclic,

Ar4는 동일하거나 상이하고, 각각 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭일 수 있는 3가 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이고,Ar 4 is the same or different and is a trivalent aromatic or heteroaromatic group, which may each be monocyclic or polycyclic,

Ar5는 동일하거나 상이하고, 각각 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭일 수 있는 4가 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이고,Ar 5 is the same or different and is a tetravalent aromatic or heteroaromatic group, which may each be monocyclic or polycyclic,

Ar6은 동일하거나 상이하고, 각각 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭일 수 있는 2가 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이고,Ar 6 is the same or different and is a divalent aromatic or heteroaromatic group, which may each be monocyclic or polycyclic,

Ar7은 동일하거나 상이하고, 각각 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭일 수 있는 2가 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이고,Ar 7 is the same or different and is a divalent aromatic or heteroaromatic group, which may each be monocyclic or polycyclic,

Ar8은 동일하거나 상이하고, 각각 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭일 수 있는 3가 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이고,Ar 8 is the same or different and is a trivalent aromatic or heteroaromatic group, which may each be monocyclic or polycyclic,

Ar9는 동일하거나 상이하고, 각각 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭일 수 있는 2가 또는 3가 또는 4가 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이고,Ar 9 is the same or different and is a divalent or trivalent or tetravalent aromatic or heteroaromatic group which may be monocyclic or polycyclic, respectively,

Ar10은 동일하거나 상이하고, 각각 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭일 수 있는 2가 또는 3가 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이고,Ar 10 is the same or different and is a divalent or trivalent aromatic or heteroaromatic group which may be monocyclic or polycyclic, respectively,

Ar11은 동일하거나 상이하고, 각각 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭일 수 있는 2가 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이고,Ar 11 is the same or different and is a divalent aromatic or heteroaromatic group, which may each be monocyclic or polycyclic,

X는 동일하거나 상이하고, 산소, 황, 또는 수소원자, 탄소수 1 내지 20의 그룹, 바람직하게는 분지 또는 비분지된 알킬 또는 알콕시 그룹, 또는 아릴 그룹을 추가의 라디칼로서 포함하는 아미노 그룹이고,X is the same or different and is an amino group comprising oxygen, sulfur or hydrogen atoms, groups having 1 to 20 carbon atoms, preferably branched or unbranched alkyl or alkoxy groups, or aryl groups as further radicals,

R은 동일하거나 상이하고, 수소, 알킬 그룹 또는 방향족 그룹이고,R is the same or different and is hydrogen, an alkyl group or an aromatic group,

n 및 m은 각각 10 이상, 바람직하게는 100 이하의 정수이다.n and m are each an integer of 10 or more, preferably 100 or less.

바람직한 방향족 또는 헤테로방향족 그룹은, 임의로 또한 치환될 수 있는, 벤젠, 나프탈렌, 비페닐, 디페닐 에테르, 디페닐메탄, 디페닐디메틸메탄, 비스페논, 디페닐설폰, 퀴놀린, 피리딘, 비피리딘, 피리다진, 피리미딘, 피라진, 트리아진, 테트라진, 피롤, 피라졸, 안트라센, 벤조피롤, 벤조트리아졸, 벤즈옥사티아디아졸, 벤즈옥사디아졸, 벤조피리딘, 벤조피라진, 벤조피라지딘, 벤조피리미딘, 벤조피라진, 벤조트리아진, 인돌리진, 퀴놀리진, 리피도피리딘, 이미다조피리미딘, 피라지노피리미딘, 카바졸, 아크리딘, 페나진, 벤조퀴놀린, 페녹사진, 페노티아진, 아크리디진, 벤조프테리딘, 페난트롤린 및 페난트렌으로부터 유래된다.Preferred aromatic or heteroaromatic groups include benzene, naphthalene, biphenyl, diphenyl ether, diphenylmethane, diphenyldimethylmethane, bisphenone, diphenylsulfone, quinoline, pyridine, bipyridine, Pyridazine, pyrimidine, pyrazine, triazine, tetraazine, pyrrole, pyrazole, anthracene, benzopyrrole, benzotriazole, benzoxathiadiazole, benzoxadiazole, benzopyridine, benzopyrazine, benzopyrazidine, Benzopyrimidine, benzopyrazine, benzotriazine, indolizine, quinolyzine, lipidopyridine, imidazopyrimidine, pyrazinopyrimidine, carbazole, acridine, phenazine, benzoquinoline, phenoxazine, phenoxazine It is derived from notthiazine, acridizin, benzopteridine, phenanthroline and phenanthrene.

Ar1, Ar4, Ar6, Ar7, Ar8, Ar9, Ar10 및 Ar11의 치환 패턴은 필요에 따르며; 페닐렌의 경우에, 예를 들면, Ar1, Ar4, Ar6, Ar7, Ar8, Ar9, Ar10 및 Ar11은 오르토-, 메타- 및 파라-페닐렌일 수 있다. 특히 바람직한 그룹은, 임의로 또한 치환될 수 있는, 벤젠 및 비페닐렌으로부터 유래된다.The substitution patterns of Ar 1 , Ar 4 , Ar 6 , Ar 7 , Ar 8 , Ar 9 , Ar 10 and Ar 11 are as required; In the case of phenylene, for example, Ar 1 , Ar 4 , Ar 6 , Ar 7 , Ar 8 , Ar 9 , Ar 10 and Ar 11 may be ortho-, meta- and para-phenylene. Particularly preferred groups are derived from benzene and biphenylene, which may optionally also be substituted.

바람직한 알킬 그룹은 탄소수 1 내지 4의 단쇄 알킬 그룹, 예를 들면, 메틸, 에틸, n- 또는 i-프로필 및 3급-부틸 그룹이다.Preferred alkyl groups are short-chain alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms, for example methyl, ethyl, n- or i-propyl and tert-butyl groups.

바람직한 방향족 그룹은 페닐 또는 나프틸 그룹이다. 알킬 그룹 및 방향족 그룹은 치환될 수 있다.Preferred aromatic groups are phenyl or naphthyl groups. Alkyl groups and aromatic groups may be substituted.

바람직한 치환체는 할로겐 원자, 예를 들면, 불소, 아미노 그룹, 하이드록시 그룹 또는 단쇄 알킬 그룹, 예를 들면, 메틸 또는 에틸 그룹이다.Preferred substituents are halogen atoms such as fluorine, amino groups, hydroxy groups or short chain alkyl groups such as methyl or ethyl groups.

X가 하나의 반복 단위에서 동일한 화학식 I의 반복 단위를 갖는 폴리아졸이 바람직하다.Preference is given to polyazoles in which X has the same repeating unit of formula (I) in one repeating unit.

폴리아졸은 원칙적으로, 예를 들면, 이들의 X 라디칼이 다른 상이한 반복 단위를 또한 갖는다. 그러나, 바람직하게는 하나의 반복 단위에 동일한 X 라디칼만을 갖는다.Polyazoles in principle also have different repeating units, for example, in which their X radicals are different. However, preferably only one X unit has the same X radical.

추가로 바람직한 폴리아졸 중합체는 폴리이미다졸, 폴리벤조티아졸, 폴리벤즈옥사졸, 폴리옥사디아졸, 폴리퀴녹살린, 폴리티아디아졸, 폴리(피리딘), 폴리(피리미딘) 및 폴리(테트라아자피렌)이다.Further preferred polyazole polymers include polyimidazole, polybenzothiazole, polybenzoxazole, polyoxadiazole, polyquinoxaline, polythiadiazole, poly (pyridine), poly (pyrimidine) and poly (tetraaza). Pyrene).

본 발명의 추가의 양태에서, 반복 아졸 단위를 포함하는 중합체는, 서로 상이한 화학식 I 내지 XIV의 적어도 2개의 단위를 포함하는 공중합체 또는 블렌드이다. 상기 중합체는 블록 공중합체(디블록, 트리블록), 랜덤 공중합체, 주기 공중합체 및/또는 교호 중합체의 형태일 수 있다.In a further aspect of the invention, the polymer comprising repeating azole units is a copolymer or blend comprising at least two units of the formulas I to XIV different from each other. The polymer may be in the form of block copolymers (diblock, triblock), random copolymers, periodic copolymers and / or alternating polymers.

본 발명의 특히 바람직한 양태에서, 반복 아졸 단위를 포함하는 중합체는 화학식 I 및/또는 II의 단위만을 포함하는 폴리아졸이다.In a particularly preferred embodiment of the invention, the polymer comprising repeating azole units is a polyazole comprising only units of formula (I) and / or (II).

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

본 발명과 관련하여, 반복 벤즈이미다졸 단위를 포함하는 중합체가 바람직하다. 반복 벤즈이미다졸 단위를 포함하는 매우 적절한 중합체의 몇가지 예는 다음 화학식으로 나타내어진다:In the context of the present invention, polymers comprising repeat benzimidazole units are preferred. Some examples of very suitable polymers containing repeat benzimidazole units are represented by the following formula:

Figure pct00015
Figure pct00015

Figure pct00016
Figure pct00016

Figure pct00017
Figure pct00017

Figure pct00018
Figure pct00018

Figure pct00019

Figure pct00019

마직막 화학식에서, 아졸 단위 및 2개의 플루오르화 성분은 임의의 순서로 서로 결합할 수 있다. 상기 제조는 중합체, 랜덤 공중합체 또는 블록 공중합체로서 실시할 수 있다.In the final formula, the azole units and the two fluorinated components may be combined with one another in any order. The preparation can be carried out as a polymer, a random copolymer or a block copolymer.

또한, 상기 화학식에서 n 및 m은 각각 독립적으로 10 이상, 바람직하게는 100 이하의 정수일 수 있다.In addition, n and m may each independently be an integer of 10 or more, preferably 100 or less.

본 발명의 교시는 분자량과 무관하게 원칙적으로 모든 폴리아졸에 적합하다. 그러나, 임의의 다른 방식으로 수득할 수 없는 고분자량 폴리아졸의 안정화에 특히 유용한 것으로 밝혀졌다. 고분자량 폴리아졸, 그러나 특히 폴리벤즈이미다졸은, 고유 점도로서 측정하는 경우, 적어도 1.8dl/g, 바람직하게는 적어도 2.0dl/g, 특히 바람직하게는 적어도 2.5dl/g인 고분자량이 현저하다. 상한치는 바람직하게는 8.0dl/g 이하, 보다 바람직하게는 6.8dl/g 이하, 특히 바람직하게는 6.5dl/g 이하이다. 따라서, 분자량은 시판 폴리벤즈이미다졸의 분자량 이상이다(IV <1.1dl/g).The teachings of the present invention are in principle suitable for all polyazoles regardless of molecular weight. However, it has been found to be particularly useful for the stabilization of high molecular weight polyazoles which cannot be obtained in any other way. High molecular weight polyazoles, but especially polybenzimidazoles, when measured as intrinsic viscosity, have a significant high molecular weight of at least 1.8 dl / g, preferably at least 2.0 dl / g, particularly preferably at least 2.5 dl / g. The upper limit is preferably 8.0 dl / g or less, more preferably 6.8 dl / g or less, particularly preferably 6.5 dl / g or less. Therefore, molecular weight is more than the molecular weight of commercial polybenzimidazole (IV <1.1 dl / g).

고유 점도는 하기한 바와 같이 측정한다: 이를 위해, 중합체를 먼저 160℃에서 2시간에 걸쳐 건조시킨다. 이어서, 이렇게 건조된 중합체 100mg을 농축 황산(최소 96중량%) 100ml에 80℃에서 4시간에 걸쳐 용해시킨다. 고유 점도는 이 용액으로부터 ISO 3105(DIN 51562, ASTM D2515)에 따라 25℃의 온도에서 우벨로데(Ubbelode) 점도계로 측정한다.Intrinsic viscosity is measured as follows: For this purpose, the polymer is first dried at 160 ° C. over 2 hours. 100 mg of this dried polymer is then dissolved in 100 ml of concentrated sulfuric acid (minimum 96% by weight) at 80 ° C. over 4 hours. Intrinsic viscosity is measured from this solution with a Ubbelode viscometer at a temperature of 25 ° C. according to ISO 3105 (DIN 51562, ASTM D2515).

단계(A)에 따르는 혼합물이 트리카복실산 또는 테트라카복실산을 또한 포함하는 경우, 이는 주쇄를 따라 형성된 중합체의 분지화/가교결합을 달성한다. 이는 기계적 특성의 개선에 기여한다.If the mixture according to step (A) also comprises tricarboxylic acid or tetracarboxylic acid, this achieves branching / crosslinking of the polymer formed along the main chain. This contributes to the improvement of the mechanical properties.

상기 방법의 한 가지 변형예에서, 단계(A)로부터의 혼합물을 350℃ 이하, 바람직하게는 280℃ 이하의 온도로 가열하는 것은 올리고머 및/또는 중합체의 형성을 이미 일으킬 수 있다. 선택된 온도 및 기간에 따라, 이는 단계(C)에서의 가열로 부분적으로 또는 완전히 분산시킬 수 있다. 이러한 변형태는 또한, 바람직하게는 고분자량 폴리아졸을 포함하는, 단계(a)에 요구된 필름의 생성에 적합하다.In one variant of the method, heating the mixture from step (A) to a temperature of 350 ° C. or less, preferably 280 ° C. or less may already result in the formation of oligomers and / or polymers. Depending on the temperature and duration selected, this may be partially or completely dispersed by the heating in step (C). This variant is also suitable for the production of the film required in step (a), preferably comprising high molecular weight polyazoles.

추가로, 방향족 디카복실산(또는 헤테로방향족 디카복실산), 예를 들면, 이소프탈산, 테레프탈산, 2,5-디하이드록시테레프탈산, 4,6-디하이드록시이소프탈산, 2,6-디하이드록시이소프탈산, 디페닉산, 1,8-디하이드록시나프탈렌-3,6-디카복실산, 디페닐 에테르 4,4'-디카복실산, 벤조페논-4,4'-디카복실산, 디페닐 설폰 4,4'-디카복실산, 비페닐-4,4'-디카복실산, 4-트리플루오로메틸프탈산, 피리딘-2,5-디카복실산, 피리딘-3,5-디카복실산, 피리딘-2,6-디카복실산, 피리딘-2,4-디카복실산, 4-페닐-2,5-피리딘디카복실산, 3,5-피라졸디카복실산, 2,6-피리미딘디카복실산, 2,5-피라진디카복실산을 사용하는 경우, 단계(C)에서의 바람직한 온도(또는 올리고머 및/또는 중합체의 형성이 단계(A)에서와 같이 조기에 요구되는 경우)는 300℃ 이하, 바람직하게는 100℃ 내지 250℃의 범위이다.In addition, aromatic dicarboxylic acids (or heteroaromatic dicarboxylic acids) such as isophthalic acid, terephthalic acid, 2,5-dihydroxyterephthalic acid, 4,6-dihydroxyisophthalic acid, 2,6-dihydroxyiso Phthalic acid, diphenic acid, 1,8-dihydroxynaphthalene-3,6-dicarboxylic acid, diphenyl ether 4,4'-dicarboxylic acid, benzophenone-4,4'-dicarboxylic acid, diphenyl sulfone 4,4 '-Dicarboxylic acid, biphenyl-4,4'-dicarboxylic acid, 4-trifluoromethylphthalic acid, pyridine-2,5-dicarboxylic acid, pyridine-3,5-dicarboxylic acid, pyridine-2,6-dicarboxylic acid , When pyridine-2,4-dicarboxylic acid, 4-phenyl-2,5-pyridinedicarboxylic acid, 3,5-pyrazoledicarboxylic acid, 2,6-pyrimidinedicarboxylic acid, 2,5-pyrazinedicarboxylic acid , The preferred temperature in step (C) (or if the formation of oligomers and / or polymers is required early as in step (A)) is no greater than 300 ° C., preferably in the range of 100 ° C. to 250 ° C. The.

단계(C)에서 수득한 중합체 층을 처리하여, 몇 가지 방식으로 단계(b)에 요구되는 필름을 생성할 수 있다.The polymer layer obtained in step (C) can be treated to produce the film required in step (b) in several ways.

한 가지 변형예(변형예 A)에서, 존재하는 폴리인산 또는 인산은, 추가의 처리에서 파괴되지 않기 때문에, 막에 잔류한다. 이 경우에, 단계(C)에서 생성된 중합체 층은, 상기 층이 목적하는 최종 용도에 충분한 강도를 보유하기에 충분한 온도 및 기간 동안 수분의 존재하에 처리된다. 당해 처리는, 막이 자가 지지되도록 하는 정도로 수행되어, 이는 손상 없이 지지체로부터 분리될 수 있다(단계 E). 단계(D) 및 (E)는 또한 동시에 또는 신속하게 연속적으로 수행할 수 있다. 또한, 단계(D) 및 (E)를 단계(b), (c) 및 임의로 (d)와 조합할 수 있다. 예를 들면, 단계(D)에서의 가수분해는 단계(C)에서 형성된 중합체 필름을, (i) 적어도 하나의 강산 및 (ii) 적어도 하나의 안정화 시약을 포함하는 용액으로 처리함으로써 수행할 수 있다(여기서, 상기 용액 중의 안정화 시약의 총 함량은 0.01 내지 30중량% 범위이다). 단계(c)에서 안정화 반응의 수행은 존재하는 산의 열 건조 또는 농축과 조합할 수 있다.In one variant (Modification A), the polyphosphoric acid or phosphoric acid present remains in the membrane since it is not destroyed in further processing. In this case, the polymer layer produced in step (C) is treated in the presence of moisture for a temperature and for a period of time sufficient for the layer to have sufficient strength for the desired end use. This treatment is carried out to such an extent that the membrane is self supporting, which can be separated from the support without damage (step E). Steps (D) and (E) can also be performed simultaneously or in rapid succession. It is also possible to combine steps (D) and (E) with steps (b), (c) and optionally (d). For example, the hydrolysis in step (D) can be carried out by treating the polymer film formed in step (C) with a solution comprising (i) at least one strong acid and (ii) at least one stabilizing reagent. (Wherein the total content of stabilizing reagents in the solution ranges from 0.01 to 30% by weight). The performance of the stabilization reaction in step (c) can be combined with thermal drying or concentration of the acid present.

중합체 필름은 단계(D)에서 0℃ 초과 150℃ 미만의 온도, 바람직하게는 10℃ 내지 120℃의 온도, 특히 실온(20℃) 내지 90℃의 온도에서 수분 또는 물 및/또는 수증기 및/또는 85% 이하로 인산을 포함하는 물의 존재하에 처리된다. 상기 처리는 바람직하게는 표준 압력하에 수행되지만, 가압하에 또한 수행될 수 있다. 상기 처리는, 존재하는 폴리인산이 부분 가수분해의 결과로서 중합체 필름의 강화에 기여하여 저분자량 폴리인산 및/또는 인산을 형성하는 결과로서, 충분한 수분의 존재하에 수행하는 것이 필수적이다. 가수분해 단계의 결과로서, 특정 형태의 막에 관여하는 것으로 밝혀진 졸-겔 전이가 발생한다.The polymer film may be subjected to moisture or water and / or water vapor and / or Up to 85% in the presence of water containing phosphoric acid. The treatment is preferably carried out under standard pressure, but can also be carried out under pressure. The treatment is essential to be carried out in the presence of sufficient moisture as a result of the polyphosphoric acid present contributing to the strengthening of the polymer film as a result of partial hydrolysis to form low molecular weight polyphosphoric acid and / or phosphoric acid. As a result of the hydrolysis step, a sol-gel transition occurs that is found to be involved in certain types of membranes.

단계(D)에서 폴리인산의 부분 가수분해는 중합체 필름의 강화를 유도하여, 자가 지지성으로 되게 하고 또한 층 두께를 감소시킨다.Partial hydrolysis of the polyphosphoric acid in step (D) leads to strengthening of the polymer film, making it self supporting and also reducing the layer thickness.

단계(B)에 따라 폴리인산 층에 존재하는 내부 및 중간분자 구조물은, 단계(C)에서, 형성된 중합체 필름의 양호한 특성에 관여하는 것으로 밝혀진 일련의 막을 형성시킨다.The internal and intermediate molecular structures present in the polyphosphoric acid layer according to step (B) form a series of films found in step (C) to be involved in the good properties of the formed polymer film.

단계(D)에서 상기 처리의 온도 상한치는 일반적으로 180℃이다. 수분, 예를 들면, 과가열된 증기의 극히 짧은 작용의 경우에, 이러한 증기는 또한 보다 뜨거울 수 있다. 온도 상한치에 대한 필수 인자는 처리 기간이다.The upper temperature limit of the treatment in step (D) is generally 180 ° C. In the case of the extremely short action of moisture, for example overheated steam, such steam can also be hotter. An essential factor for the upper temperature limit is the treatment period.

부분 가수분해(단계 D)는 또한, 가수분해가 수분의 소정 작용하에 조절되는 기후 조절된 챔버에서 수행될 수 있다. 이 경우, 함수량은, 접촉 환경, 예를 들면, 공기, 질소, 이산화탄소 또는 기타 적합한 가스 또는 수증기 등의 가스의 온도 또는 포화를 통해 조절된 방식으로 조정할 수 있다. 처리 시간은 상기 선택된 파라미터에 따라 좌우된다.Partial hydrolysis (step D) can also be carried out in a climate controlled chamber in which the hydrolysis is controlled under the action of moisture. In this case, the water content can be adjusted in a controlled manner through the temperature or saturation of the contact environment, for example, gas such as air, nitrogen, carbon dioxide or other suitable gas or water vapor. The processing time depends on the selected parameter.

또한, 막에 대한 처리 시간은 두께에 따라 좌우된다.The treatment time for the film also depends on the thickness.

일반적으로, 처리 시간은, 예를 들면, 과가열된 증기의 작용하에 수초 내지 수분, 또는 예를 들면, 공기하에 실온 및 낮은 공기 상대습도에서 1일이다. 처리 시간은 바람직하게는 10초 내지 300시간, 특히 1분 내지 200시간이다.In general, the treatment time is, for example, several seconds to several minutes under the action of superheated steam, or one day at room temperature and low air relative humidity, for example under air. The treatment time is preferably 10 seconds to 300 hours, in particular 1 minute to 200 hours.

부분 가수분해가, 공기 상대습도가 40-80%인 주위 공기로 실온(20℃)에서 수행되는 경우, 상기 처리 시간은 1 내지 200시간이다.When partial hydrolysis is performed at room temperature (20 ° C.) with ambient air having an air relative humidity of 40-80%, the treatment time is 1 to 200 hours.

단계(D)에서 수득된 중합체 필름은 바람직하게는 자가 지지되도록 배열되며, 즉 이는 단계(E)에서 상기 지지체로부터 손상 없이 분리된 다음, 임의로 직접 추가 처리될 수 있다.The polymer film obtained in step (D) is preferably arranged to be self-supporting, ie it can be separated without damage from the support in step (E) and then optionally further processed directly.

단계(C)에서 수득한 중합체 필름이 지지체 상에서 추가로 가공처리되어, 예를 들면, 복합 막을 제공할 정도까지, 단계(D)로 완전히 또는 부분적으로 분산시킬 수 있다.The polymer film obtained in step (C) may be further processed on a support, for example to be fully or partially dispersed in step (D) to the extent that it provides a composite membrane.

단계(C) 후에 존재하는 폴리인산 또는 인산이 막(변형예 A)에 잔류할 정도까지, 단계(b)에서 필름의 처리를 단계(D)와 유사하게 가수분해 욕에서 수행할 수 있다. 이 경우에, 막에 존재하는 폴리인산 또는 인산은 (i) 적어도 하나의 강산 및 (ii) 적어도 하나의 안정화 시약을 포함하는 용액으로 완전히 또는 적어도 부분적으로 치환된다. 단계(c)에서 안정화 반응은 가수분해 욕에서 또는 바람직하게는 직후에 수행할 수 있다. 막의 안정성에 따라, 가수분해 욕에서의 상기 처리는 지지체에 대해 수행할 수 있거나, 상기 지지체는 미리 제거할 수 있고, 이에 의해 단계(E)는 임의로 분배시키거나 미리 분배시킬 수 있다.The treatment of the film in step (b) can be carried out in a hydrolysis bath similar to step (D), to the extent that the polyphosphoric acid or phosphoric acid present after step (C) remains in the membrane (Variation A). In this case, the polyphosphoric acid or phosphoric acid present in the membrane is completely or at least partially substituted with a solution comprising (i) at least one strong acid and (ii) at least one stabilizing reagent. The stabilization reaction in step (c) can be carried out in a hydrolysis bath or preferably immediately after. Depending on the stability of the membrane, the treatment in the hydrolysis bath can be carried out on the support, or the support can be removed in advance, whereby step (E) can optionally be dispensed or predistributed.

이러한 변형예는 또한 본 발명의 대상의 일부를 형성한다.This variant also forms part of the subject matter of the present invention.

추가의 변형예(변형예 B)에서, 존재하는 폴리인산 또는 인산은 막으로부터 제거된다. 이를 위해, 단계(C)에서 수득한 중합체 층은, 상기 층이 추가의 취급을 위해 충분한 강도를 갖도록 하기에 충분한 온도 및 시간 동안 수분의 존재하에 처리된다. 따라서, 단계(D)에서의 가수분해 및 단계(E)에서의 분리는 또한 동시에 수행할 수 있다. 가수분해의 이러한 단순화는, 강산을 포함하는 신선한 용액이 단계(b)에서 차후에 공급되기 때문에, 존재하는 폴리인산 또는 인산이 완전히 제거되어야 하고 단계(b)에서 처리를 위해 존재하지 않는 경우에 특히 가능하다. In a further variant (variant B), the polyphosphoric acid or phosphoric acid present is removed from the membrane. To this end, the polymer layer obtained in step (C) is treated in the presence of moisture for a temperature and for a time sufficient to cause the layer to have sufficient strength for further handling. Thus, the hydrolysis in step (D) and the separation in step (E) can also be carried out simultaneously. This simplification of the hydrolysis is particularly possible when the fresh solution comprising the strong acid is subsequently fed in step (b), since the present polyphosphoric acid or phosphoric acid must be completely removed and not present for treatment in step (b). Do.

중합체 필름에 존재하는 폴리인산 또는 인산이 단계(F)에서 제거되어야 하는 정도로, 이는 실온(20℃) 내지 처리 액체의 비점 사이의 온도 범위(표준 압력에서)에서 처리 액체에 의해 달성될 수 있다.To the extent that the polyphosphoric acid or phosphoric acid present in the polymer film must be removed in step F, this can be achieved by the treatment liquid in the temperature range (at standard pressure) between room temperature (20 ° C.) and the boiling point of the treatment liquid.

본 발명과 관련하여 사용된 처리 액체는, 실온(즉, 20℃)에서 액체 형태로 존재하고 알콜, 케톤, 알칸(지방족 및 지환족), 에테르(지방족 및 지환족), 글리콜, 에스테르, 카복실산(이 경우, 상기 그룹 구성원은 할로겐화될 수 있다), 물 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 용매이다.Treatment liquids used in connection with the present invention are in liquid form at room temperature (ie 20 ° C.) and are used in alcohols, ketones, alkanes (aliphatic and cycloaliphatic), ethers (aliphatic and cycloaliphatic), glycols, esters, carboxylic acids ( In this case, the group members may be halogenated), water and mixtures thereof.

C1-C10 알콜, C2-C5 케톤, C1-C10-알칸(지방족 및 지환족), C2-C6 에테르(지방족 및 지환족), C2-C5 에스테르, C1-C3 카복실산, 디클로로메탄, 물 및 이들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.C1-C10 alcohols, C2-C5 ketones, C1-C10-alkanes (aliphatic and cycloaliphatic), C2-C6 ethers (aliphatic and cycloaliphatic), C2-C5 esters, C1-C3 carboxylic acids, dichloromethane, water and their Preference is given to using mixtures.

이어서, 단계(F)에서 도입된 처리 액체를 다시 제거한다. 이는 바람직하게는 건조에 의해 수행하며, 이 경우에 온도 및 주위 압력의 파라미터는 처리 액체의 부분 증기압의 함수로서 선택된다. 통상적으로, 건조는 20℃ 내지 200℃의 온도 및 표준 압력에서 수행된다. 보다 온화한 건조는 또한 감압하에 수행할 수 있다. 건조 대신에, 또한 막을 건조 상태로 가볍게 두드려 과량의 처리 액체를 제거할 수 있다. 상기 순서는 중요하지 않다.Then, the processing liquid introduced in step F is again removed. This is preferably done by drying, in which case the parameters of temperature and ambient pressure are selected as a function of the partial vapor pressure of the treatment liquid. Typically, drying is performed at a temperature of 20 ° C. to 200 ° C. and standard pressure. Mild drying can also be carried out under reduced pressure. Instead of drying, the membrane can also be patted dry to remove excess treatment liquid. The order is not important.

폴리아졸을 포함하는 필름은 또한 상기 방법의 변형에 의해 제조할 수 있다. 이 경우에, 하기 단계가 수행된다:Films comprising polyazoles can also be produced by variations of the above methods. In this case, the following steps are performed:

i) 하나 이상의 방향족 테트라아미노 화합물을, 카복실산 단량체당 적어도 2개의 산 그룹을 포함하는 하나 이상의 방향족 카복실산 또는 이의 에스테르, 또는 하나 이상의 방향족 및/또는 헤테로방향족 디아미노카복실산과 용융물로 350℃ 이하, 바람직하게는 300℃ 이하의 온도에서 반응시키는 단계,i) at least 350C, preferably at least one aromatic tetraamino compound in melt with at least one aromatic carboxylic acid or ester thereof or at least one aromatic and / or heteroaromatic diaminocarboxylic acid comprising at least two acid groups per carboxylic acid monomer Reacting at a temperature of 300 ℃ or less,

ii) 단계(i)에서 수득한 고체 프리중합체를 폴리인산에 용해시키는 단계,ii) dissolving the solid prepolymer obtained in step (i) in polyphosphoric acid,

iii) 단계(ii)에서 수득할 수 있는 용액을 불활성 가스하에 300℃ 이하, 바람직하게는 280℃ 이하의 온도로 가열하여 용해된 폴리아졸 중합체를 형성하는 단계,iii) heating the solution obtainable in step (ii) to an inert gas at a temperature of no greater than 300 ° C., preferably no greater than 280 ° C. to form a dissolved polyazole polymer,

(iv) 단계(iii)에 따르는 폴리아졸 중합체의 용액을 사용하여 지지체 상에 막을 형성하는 단계 및(iv) forming a film on the support using a solution of the polyazole polymer according to step (iii) and

(v) 단계(iv)에서 형성된 막을 자가 지지될 때까지 처리하는 단계.(v) treating the film formed in step (iv) until self-supporting.

상기 변형예에 추가하여, 상기 형성은 또한 하기 단계에 의해 제조될 수 있다:In addition to the above modifications, the formation may also be prepared by the following steps:

I) 중합체, 특히 폴리아졸을 폴리인산에 용해시키는 단계,I) dissolving the polymer, in particular polyazole, in polyphosphoric acid,

II) 단계(I)에서 수득가능한 용액을 불활성 가스하에 400℃ 이하의 온도로 가열하는 단계,II) heating the solution obtainable in step (I) to a temperature of up to 400 ° C. under an inert gas,

III) 단계(II)에 따르는 중합체의 용액을 사용하여 막을 지지체 상에 형성하는 단계 및III) forming a film on the support using a solution of the polymer according to step (II) and

IV) 단계(III)에서 형성된 막을 자가 지지될 때까지 처리하는 단계.IV) treating the membrane formed in step (III) until self-supporting.

상기 변형예에서, 단계(v) 및 (IV)는 단계(E) 및 (F)가 수반되며, 두 변형태(A) 및 (B)가 가능하다.In this variant, steps (v) and (IV) are accompanied by steps (E) and (F), and two variants (A) and (B) are possible.

특정한 원료 및 방법 파라미터의 바람직한 양태는 단계(A), (B), (C) 및 (D)에 대해 상세되어 있고, 이러한 변형예도 유효하다.Preferred embodiments of specific raw material and method parameters are detailed for steps (A), (B), (C) and (D), and such modifications are also effective.

추가의 특히 바람직한 변형예에서, 본 발명에 따르는 방법은 하기 단계:In a further particularly preferred variant, the process according to the invention comprises the following steps:

A') 오르토인산 및/또는 폴리인산 속에서 반복 단위에 적어도 하나의 아미노 그룹을 갖는 적어도 하나의 폴리아졸의 용액 또는 분산액을 제조하는 단계, A ') preparing a solution or dispersion of at least one polyazole having at least one amino group in a repeating unit in orthophosphoric acid and / or polyphosphoric acid,

B') 단계(A')로부터의 용액 또는 분산액을, (i) 적어도 하나의 강산 및 (ii) 적어도 하나의 안정화 시약을 포함하는 용액과 혼합하는 단계(여기서, 용액 중의 안정화 시약의 총 함량은 0.01 내지 30중량% 범위이다),B ') mixing the solution or dispersion from step (A') with a solution comprising (i) at least one strong acid and (ii) at least one stabilizing reagent, wherein the total content of stabilizing reagent in the solution is 0.01 to 30% by weight),

C') 단계(B')에서 수득한 용액 또는 분산액에서 안정화 반응을 직접 수행하거나, 후속 처리 단계에서, 25℃ 초과의 온도로 가열함으로써 안정화 반응을 수행하는 단계 및C ') performing the stabilization reaction directly in the solution or dispersion obtained in step (B'), or in a subsequent treatment step, by heating to a temperature above 25 ° C and

D') 단계(C')에서 수득한 중합체를 강산으로 임의로 추가로 도핑하거나 존재하는 물을 제거하여 존재하는 강산을 농축시키는 단계를 포함하고,D ') optionally further doping the polymer obtained in step (C') with a strong acid or removing the water present to concentrate the strong acid present,

안정화 시약으로서 적어도 하나의 고관능성 폴리에테르를 사용한다.At least one high functional polyether is used as a stabilizing reagent.

본 발명의 이러한 변형예와 관련하여, 상기한 바람직한 폴리아졸의 사용이 특히 유리하다.In connection with this variant of the invention, the use of the preferred polyazoles described above is particularly advantageous.

용액 또는 분산액은 상기 성분들을 단순히 혼합함으로써 단계(A')에서 제조할 수 있다. 또는, P2O5 농도가 낮은 H3PO4 및/또는 폴리인산 함유 조성물의 농축 또는 P2O5 농도가 상대적으로 높은 이러한 조성물의 희석, 즉 물의 제거 또는 공급도 또한 생각할 수 있다.Solutions or dispersions can be prepared in step (A ') by simply mixing the components. Or, it may also be considered dilute, that is removed or the feed of the P 2 O 5 concentration is low H 3 PO 4 and / or poly concentrated or P 2 O 5 concentration of the acid-containing composition are relatively high such compositions.

그러나, 이와 관련하여, 몇몇 경우에, 특히 저온 및/또는 높은 고체 함량에서, 오르토인산 및/또는 폴리인산 중의 폴리아졸의 용해 또는 분산은 역학적으로 억제된다는 것에 주목해야 한다. 이어서, 상기 조성물은 불균일한 형태로 존재한다. 100℃ 초과의 보다 고온에서는 조성물 외부로 물이 추가로 증발하여, 결과적으로, H3PO4 및/또는 폴리인산의 농도가 시간에 따라 변화한다.In this regard, however, it should be noted that in some cases, especially at low temperatures and / or high solids content, the dissolution or dispersion of polyazoles in orthophosphoric acid and / or polyphosphoric acid is inhibited mechanically. The composition is then in non-uniform form. At higher temperatures above 100 ° C., water further evaporates out of the composition, as a result of which the concentration of H 3 PO 4 and / or polyphosphoric acid changes over time.

따라서, 적절하게는, 상기 용액 또는 분산액은 단계(A')에서Thus, suitably, the solution or dispersion is removed in step (A ').

a') 적어도 하나의 폴리아졸을 오르토인산 및/또는 폴리인산에 용해 및/또는 분산시키고, 이때 H3PO4 및/또는 폴리인산 및/또는 물의 총 양을 기준으로 P2O5로서 계산된 H3PO4 및/또는 폴리인산의 농도는 72.0% 미만, 바람직하게는 71.7% 미만, 보다 바람직하게는 % 미만, 보다 더 바람직하게는 71.0% 미만, 특히 70.5% 미만이도록 선택되고,a ') dissolving and / or dispersing at least one polyazole in orthophosphoric acid and / or polyphosphoric acid, calculated as P 2 O 5 based on the total amount of H 3 PO 4 and / or polyphosphoric acid and / or water The concentration of H 3 PO 4 and / or polyphosphoric acid is selected to be less than 72.0%, preferably less than 71.7%, more preferably less than%, even more preferably less than 71.0%, especially less than 70.5%,

b') 물을 단계(a')의 용액 또는 분산액으로부터 제거하고, 이때 H3PO4 및/또는 폴리인산 및/또는 물의 총 양을 기준으로 P2O5로서 계산된 H3PO4 및/또는 폴리인산의 농도는 바람직하게는 적어도 0.1%, 보다 바람직하게는 적어도 0.5%, 특히 바람직하게는 적어도 1.0%, 특히 적어도 1.5%까지 증가시키는 방법으로 제조된다.b ') a water phase (a' removed from the solution or dispersion of a), at which time H 3 PO 4 and / or poly-phosphoric acid and / or based on the total amount of water to the calculated H as P 2 O 5 3 PO 4 and / Or the concentration of polyphosphoric acid is preferably prepared by increasing the concentration to at least 0.1%, more preferably at least 0.5%, particularly preferably at least 1.0%, in particular at least 1.5%.

단계(a')로부터의 용액 또는 분산액은 일반적으로 자체로 공지된 방법, 예를 들면, 상기 성분들을 혼합함으로써 수득할 수 있다. 추가의 제조 방법은 국제공개공보 WO 02/08829호에 기재되어 있다.The solution or dispersion from step (a ') can generally be obtained by a method known per se, for example by mixing the components. Further preparation methods are described in WO 02/08829.

보다 바람직하게는, 단계(a')로부터의 용액 또는 분산액은, 적어도 하나의 폴리아졸 및 폴리인산을 포함하는 용액 또는 분산액을 가수분해시킴으로써 수득된다. 이러한 용액 또는 분산액은 폴리인산에서 상술한 단량체를 중합시킴으로써 제조할 수 있다.More preferably, the solution or dispersion from step (a ') is obtained by hydrolyzing a solution or dispersion comprising at least one polyazole and polyphosphoric acid. Such solutions or dispersions can be prepared by polymerizing the monomers described above in polyphosphoric acid.

단계(a')로부터의 용액 또는 분산액은, 적어도 96중량% 설폰산에서 측정한 고유 점도가 3.0 내지 8g/dL 범위인, 이의 총 중량을 기준으로 하여, 바람직하게는 적어도 1.8중량%, 보다 바람직하게는 적어도 2.0중량%, 특히 2.2 내지 2.5중량% 범위의 적어도 하나의 피라졸을 포함한다. 오르토인산, 물 및 임의로 인산의 양은 바람직하게는 98.2중량% 및 보다 바람직하게는 90.0 내지 98.0중량% 범위, 특히 95.0 내지 97.8중량% 범위이다.The solution or dispersion from step (a ') is preferably at least 1.8% by weight, more preferably based on its total weight, having an intrinsic viscosity measured in at least 96% by weight sulfonic acid in the range of 3.0 to 8 g / dL. Preferably at least 2.0% by weight, in particular at least one pyrazole in the range of 2.2 to 2.5% by weight. The amounts of orthophosphoric acid, water and optionally phosphoric acid are preferably in the range 98.2% by weight and more preferably in the range 90.0 to 98.0% by weight, in particular in the range 95.0 to 97.8% by weight.

물은 단계(b')에서 바람직하게는 증발에 의해, 특히 단계(a')로부터의 조성물을 100℃ 초과로 가열하고/하거나 감압을 적용함으로써 제거한다. 단계(a')로부터의 조성물은 120℃ 초과 내지 240℃ 범위, 특히 120℃ 내지 160℃ 범위에서, 적절하게는 적어도 1시간 내지 최대 48시간 범위, 특히 적어도 2시간 내지 최대 24시간 범위의 시간 동안 가열하는 공정이 특히 바람직하다.The water is removed in step (b '), preferably by evaporation, in particular by heating the composition from step (a') above 100 ° C. and / or applying reduced pressure. The composition from step (a ') is in the range above 120 ° C. to 240 ° C., in particular in the range 120 ° C. to 160 ° C., suitably for a time in the range of at least 1 hour up to 48 hours, in particular at least 2 hours up to 24 hours. Particularly preferred is a heating step.

본 발명의 추가의 바람직한 변형예에서, 상기 조성물은,In a further preferred variant of the invention, the composition is

I') 적어도 96중량% 황산에서 측정한 고유 점도가 3.0 내지 8.0g/dL 범위인 폴리아졸의 용액 또는 분산액을 폴리인산에 160℃ 초과, 바람직하게는 180℃ 초과, 특히 180 내지 240℃ 범위의 온도에서 초기에 충전시키고(이때, H3PO4 및/또는 폴리인산의 농도는, H3PO4 및/또는 폴리인산 및/또는 물의 총 양을 기준으로 P2O5(산량적정 수단에 의해)로서 계산하여, 72.4% 초과, 바람직하게는 73.0% 초과, 보다 바람직하게는 74.0% 초과, 보다 더 바람직하게는 75.0% 초과, 특히 75.45% 초과이다),I ') a solution or dispersion of polyazoles having an intrinsic viscosity ranging from 3.0 to 8.0 g / dL, measured in at least 96% by weight sulfuric acid, in polyphosphoric acid is above 160 ° C, preferably above 180 ° C, in particular between 180 and 240 ° C charging initially at a temperature and (where, H 3 PO 4 and / or the concentration of the polyphosphate is, H 3 PO 4 and / or poly-phosphoric acid and / or based on the total amount of water to P 2 O 5 (by acid amount appropriate means Greater than 72.4%, preferably greater than 73.0%, more preferably greater than 74.0%, even more preferably greater than 75.0%, especially greater than 75.45%),

II') 물, 오르토인산 및/또는 폴리인산을 혼합물이, H3PO4 및/또는 폴리인산 및/또는 물의 총 양을 기준으로 P2P5(산량적정 수단에 의해)로서 계산하여, 70.5% 내지 75.45% 범위, 바람직하게는 71.0% 내지 75.0% 범위, 보다 바람직하게는 71.5% 내지 74.0% 범위, 보다 바람직하게는 71.7% 내지 73.0% 범위, 특히 72.0% 내지 72.5% 범위로 H3PO4 및/또는 폴리인산의 총 함량을 가질 때까지, 상기 용액 또는 분산액에 첨가하고,II ') water, orthophosphoric acid and / or polyphosphoric acid, the mixture being calculated as P 2 P 5 (by acid titration means), based on the total amount of H 3 PO 4 and / or polyphosphoric acid and / or water, 70.5 H 3 PO 4 in the range from% to 75.45%, preferably in the range from 71.0% to 75.0%, more preferably in the range from 71.5% to 74.0%, more preferably in the range from 71.7% to 73.0%, in particular in the range from 72.0% to 72.5% And / or to the solution or dispersion until it has a total content of polyphosphoric acid,

III') 단계(II')에서 명시된 범위의 H3PO4 및/또는 폴리인산의 총 양을 유지하면서 혼합물을 균질화시킴으로써 제조된다.III ') prepared by homogenizing the mixture while maintaining the total amount of H 3 PO 4 and / or polyphosphoric acid in the range specified in step (II').

단계(I')로부터의 용액 또는 분산액은 일반적으로, 예를 들면, 상기 성분들을 혼합함으로써 자체로 공지된 방식으로 수득할 수 있다. 추가의 제조 방법은 국제공개공보 WO 02/08829호에 기재되어 있다.The solution or dispersion from step (I ′) can generally be obtained in a manner known per se, for example by mixing the components. Further preparation methods are described in WO 02/08829.

단계(I')로부터의 용액 또는 분산액은 보다 바람직하게는 상기 단량체를 폴리인산에서 중합시킴으로써 수득된다.The solution or dispersion from step (I ′) is more preferably obtained by polymerizing the monomer in polyphosphoric acid.

단계(I')로부터의 용액 또는 분산액은, 이의 총 중량을 기준으로 하여, The solution or dispersion from step (I ′), based on its total weight,

- 적어도 96중량% 황산에서 측정한 고유 점도가 3.0 내지 8g/dl 범위인, 바람직하게는 적어도 1.8중량%, 보다 바람직하게는 적어도 2.0중량%, 특히 2.2 내지 2.5중량% 범위의 적어도 하나의 폴리아졸, 및At least one polyazole having an intrinsic viscosity measured in at least 96% by weight sulfuric acid in the range from 3.0 to 8 g / dl, preferably at least 1.8% by weight, more preferably at least 2.0% by weight, in particular in the range from 2.2 to 2.5% by weight. , And

- 바람직하게는 98.2중량%, 보다 바람직하게는 90.0 내지 98.0중량% 범위, 특히 95.0 내지 97.8중량% 범위의 폴리인산 및 임의로 오르토인산 및/또는 물을 포함한다. -Polyphosphoric acid and optionally orthophosphoric acid and / or water, preferably in the range 98.2% by weight, more preferably in the range 90.0 to 98.0%, in particular in the range 95.0 to 97.8% by weight.

사용된 폴리인산은, 예를 들면, 리에델-드 하엔(Riedel-de Haen)사로부터 입수가능한 시판 폴리인산일 수 있다. 폴리인산 Hn+2PnO3n+1(n>1)은 바람직하게는, P2O5(산량적정 수단에 의해)으로 계산하여, 적어도 83%의 함량을 갖는다.The polyphosphoric acid used may be, for example, commercial polyphosphoric acid available from Riedel-de Haen. The polyphosphoric acid H n + 2 P n O 3n + 1 (n> 1) preferably has a content of at least 83%, calculated by P 2 O 5 (by acid titration means).

이러한 조성물의 통상의 가수분해는, 표준 조건하에 더이상 가공처리불가능한, 악화된 유동 거동을 갖는 조성물을 유도한다. 따라서, 단계(II') 및 (III')을 수행하는 것이 바람직하다.Conventional hydrolysis of such compositions leads to compositions with degraded flow behavior that are no longer processable under standard conditions. Therefore, it is preferable to carry out steps (II ') and (III').

단계(II')에서의 첨가는 분할하여 또는 연속하여 수행할 수 있다.The addition in step (II ′) can be carried out either separately or continuously.

상기 첨가 후, 상기 혼합물은, 이의 총 중량을 기준으로 하여,After the addition, the mixture is based on its total weight,

- 적어도 96중량% 황산에서 측정한 고유 점도가 3.0 내지 8g/dL 범위인, 바람직하게는 적어도 1.6중량%, 보다 바람직하게는 적어도 1.8중량%, 특히 2.0 내지 2.3중량% 범위의 적어도 하나의 폴리아졸 및At least one polyazole having an intrinsic viscosity measured at least 96% by weight sulfuric acid in the range from 3.0 to 8 g / dL, preferably at least 1.6% by weight, more preferably at least 1.8% by weight, in particular in the range from 2.0 to 2.3% by weight. And

- 바람직하게는 98.4중량% 이하, 바람직하게는 90.0 내지 98.2중량% 범위, 특히 95.0 내지 98.0중량% 범위의 폴리인산 및 임의로 오르토인산 및/또는 물을 포함한다.Preferably up to 98.4% by weight, preferably in the range of 90.0 to 98.2% by weight, in particular in the range of 95.0 to 98.0% by weight and optionally orthophosphoric acid and / or water.

단계(II')에서의 첨가의 결과로서, 불균질 혼합물이 먼저 형성된다. "불균질"은, 전체 범위의 시스템에 걸쳐 특성의 동일성 또는 상기 용액의 외관 균질성을 변화시키는 광학 또는 물리적 특성의 변화를 지칭한다. 통상적으로, 상기 용액의 균질성의 변화는 계면 형성(점성 물질로부터 액체의 분리), 색의 변화(통상 녹색에서 황색으로) 또는 온화한 용액으로부터 명백한 가시적 입자 또는 고체 입자의 분리에 의해 명백해진다. 상기 용액은, 폴리인산 중의 폴리아졸의 용액 또는 분산액과 동일한 것으로 나타나는 경우에 균질한 것으로 간주되며; 임의의 차이는 단지 점성에 있다.As a result of the addition in step (II ′), a heterogeneous mixture is first formed. "Heterogeneity" refers to a change in optical or physical properties that alters the identity of a property or the appearance homogeneity of the solution over a full range of systems. Typically, the homogeneity change of the solution is evident by the formation of an interface (separation of the liquid from the viscous material), a change of color (usually from green to yellow), or the separation of apparent visible or solid particles from the mild solution. The solution is considered homogeneous when it appears to be the same as a solution or dispersion of polyazole in polyphosphoric acid; Any difference is only in viscosity.

단계(III')에서 균질화는, 예를 들면, 오토클레이브에서 바람직하게는 밀폐 시스템에서 수행된다. 또한, 증발하는 물을, 바람직하게는 반응 용기에 직접 결합되어 있는 적어도 하나의 환류 응축기에서 바람직하게는 응축시킴으로써, 증발하는 임의의 물을 응축시키고 이를 다시 혼합물에 공급하는 것이 특히 양호하다. Homogenization in step (III ′) is performed, for example in an autoclave, preferably in a closed system. It is also particularly preferred to condense any water to evaporate and to feed it back to the mixture, preferably by condensing the evaporating water in at least one reflux condenser, preferably directly bonded to the reaction vessel.

놀랍게도, 상기 용액은 특정 시간, 바람직하게는 4시간 미만 내에, 특히 2시간 이내에 균질화시킨다. 혼합물의 용액 점도는 저하되고, 본 발명의 유용한 조성물이 형성된다.Surprisingly, the solution is homogenized within a certain time, preferably less than 4 hours, in particular within 2 hours. The solution viscosity of the mixture is lowered and a useful composition of the present invention is formed.

본 발명의 추가의 특히 바람직한 양태에서, 오르토인산은 단계(II')에서 첨가된다.In a further particularly preferred embodiment of the invention, orthophosphoric acid is added in step (II ′).

단계(A'), (B'), (C') 및 (D')를 포함하는 방법은 바람직하게는 산 도핑된 폴리아졸 막의 제조에 사용된다. 이를 위해, 상기 방법은 적절하게는The method comprising steps (A '), (B'), (C ') and (D') is preferably used for the production of acid doped polyazole membranes. To this end, the method is suitably

i) 단계(A'), (B'), (C') 또는 (D')로부터의 폴리아졸 조성물을 사용하여 막을 지지체 위에 형성하는 단계 및i) forming a film on the support using the polyazole composition from step (A '), (B'), (C ') or (D'), and

(ii) 단계(i)에서 형성된 막을 자가 지지될 때까지 처리하는 단계를 포함한다.(ii) treating the membrane formed in step (i) until self-supporting.

이들 단계에 바람직한 공정 파라미터는 상기에 상세히 기재되어 있고, 본 발명의 이러한 변형예에 적용한다.
Preferred process parameters for these steps are described in detail above and apply to this variant of the invention.

추가의 블렌드 성분Additional Blend Ingredients

상술한 바람직한 고분자량 폴리아졸 이외에도, 추가의 중합체와 함께 하나 이상의 바람직한 고분자량 폴리아졸의 블렌드를 또한 사용할 수 있다. 블렌드 성분은 필수적으로 기계적 특성을 개선시키고 재료 비용을 감소시키는 역할을 갖는다. 바람직한 블렌드 성분은 독일 특허출원 제10052242.4호에 기재된 폴리에테르 설폰이다.In addition to the preferred high molecular weight polyazoles described above, blends of one or more preferred high molecular weight polyazoles with additional polymers may also be used. Blend components essentially serve to improve mechanical properties and reduce material costs. Preferred blend components are the polyether sulfones described in German Patent Application No. 10052242.4.

블렌드 성분으로 사용될 수 있는 바람직한 중합체는 폴리올레핀, 예를 들면, 폴리(클로로프렌), 폴리아세틸렌, 폴리페닐렌, 폴리(p-크실릴렌), 폴리아릴메틸렌, 폴리아르메틸렌, 폴리스티렌, 폴리메틸스티렌, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 에테르, 폴리비닐아민, 폴리(N-비닐아세트아미드), 폴리비닐이미다졸, 폴리비닐카바졸, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐피리딘, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리헥사플루오로프로필렌; PTFE와 헥사플루오로프로필렌, 퍼플루오로프로필 비닐 에테르, 트리플루오로니트로소메탄, 설포닐 플루오라이드 비닐 에테르, 카보알콕시퍼플루오로알콕시비닐 에테르와의 공중합체; 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리비닐 플루오라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리아크로레인, 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리시아노아크릴레이트, 폴리메타크릴이미드, 사이클로올레핀계 공중합체, 특히 노르보르넨의 공중합체; 주쇄에 C-O 결합을 갖는 중합체, 예를 들면, 폴리아세탈, 폴리옥시메틸렌, 폴리에테르, 폴리프로필렌 옥사이드, 폴리에피클로로하이드린, 폴리테트라하이드로푸란, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리에테르 케톤, 폴리에스테르, 특히 폴리하이드록시아세트산, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸 테레프탈레이트, 폴리하이드록시벤조에이트, 폴리하이드록시프로피온산, 폴리피발로락톤, 폴리카프로락톤, 폴리말론산, 폴리카보네이트; 주쇄에 C-S 결합을 갖는 중합체, 예를 들면, 폴리설파이드 에테르, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에테르 설폰; 주쇄에 C-N 결합을 갖는 중합체, 예를 들면, 폴리이민, 폴리이소시아나이드, 폴리에테르이민, 폴리아닐린, 폴리아미드, 폴리하이드라지드, 폴리우레탄, 폴리이미드, 폴리아졸, 폴리아진; 액정 중합체, 특히 벡트라(Vectra) 및 무기 중합체, 예를 들면, 폴리실란, 폴리카보실란, 폴리실록산, 폴리실릭산, 폴리실리케이트, 시릴콘, 폴리포스파젠 및 폴리티아질을 포함한다.Preferred polymers that can be used as blend components include polyolefins such as poly (chloroprene), polyacetylene, polyphenylene, poly (p-xylylene), polyarylmethylene, polyamethylene, polystyrene, polymethylstyrene, Polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyvinyl ether, polyvinylamine, poly (N-vinylacetamide), polyvinylimidazole, polyvinylcarbazole, polyvinylpyrrolidone, polyvinylpyridine, polyvinyl chloride, Polyvinylidene chloride, polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene; Copolymers of PTFE with hexafluoropropylene, perfluoropropyl vinyl ether, trifluoronitrosomethane, sulfonyl fluoride vinyl ether, carboalkoxyperfluoroalkoxyvinyl ether; Polychlorotrifluoroethylene, polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, polyacrolein, polyacrylamide, polyacrylonitrile, polycyanoacrylate, polymethacrylimide, cycloolefin-based copolymers, in particular Copolymers of bornen; Polymers having a CO bond in the main chain, for example polyacetal, polyoxymethylene, polyether, polypropylene oxide, polyepichlorohydrin, polytetrahydrofuran, polyphenylene oxide, polyether ketones, polyesters, in particular Polyhydroxyacetic acid, polyethylene terephthalate, polybutyl terephthalate, polyhydroxybenzoate, polyhydroxypropionic acid, polypivalolactone, polycaprolactone, polymalonic acid, polycarbonate; Polymers having a C-S bond in the main chain, such as polysulfide ether, polyphenylene sulfide, polyether sulfone; Polymers having C-N bonds in the main chain, such as polyimines, polyisocyanides, polyetherimines, polyanilines, polyamides, polyhydrazides, polyurethanes, polyimides, polyazoles, polyazines; Liquid crystal polymers, in particular Vectra and inorganic polymers such as polysilane, polycarbosilane, polysiloxane, polysilic acid, polysilicate, cyrylcone, polyphosphazene and polythiazyl.

100℃ 초과의 지속된 사용 온도로 연료 전지에서 사용하기 위해, 유리 전이 온도 또는 비캣(Vicat) 연화점 VST/A/50이 적어도 100℃, 바람직하게는 적어도 150℃ 및 가장 바람직하게는 적어도 180℃인 이들 블렌드 중합체가 바람직하다. 비캣 연화점 VST/A/50이 180℃ 내지 230℃인 폴리설폰이 바람직하다.For use in fuel cells with sustained use temperatures above 100 ° C., the glass transition temperature or Vicat softening point VST / A / 50 is at least 100 ° C., preferably at least 150 ° C. and most preferably at least 180 ° C. These blend polymers are preferred. Preference is given to polysulfones having a Vicat softening point VST / A / 50 of 180 ° C to 230 ° C.

바람직한 중합체는 폴리설폰, 특히 주쇄에 방향족 환을 갖는 폴리설폰을 포함한다. 본 발명의 특정 양태에서, 바람직한 폴리설폰 및 폴리에테르 설폰은 용융 용적 유속 MVR 300/21.6이, ISO 1133으로 측정하여, 40cm3/10분 이하, 특히 30cm3/10분 이하 및 보다 바람직하게는 20cm3/10분 이하이다.
Preferred polymers include polysulfones, especially polysulfones having aromatic rings in the main chain. In certain embodiments of the invention, the preferred polysulfone and polyethersulfone are melt volume flow rate MVR 300 / 21.6 This was measured by the ISO 1133, 40cm 3/10 minutes or less, especially 30cm 3/10 minutes or less, and more preferably from 20cm 3/10 minutes or less.

추가 첨가제Additional additives

이후의 성능 특성을 추가로 개선시키기 위해, 추가의 충전제, 특히 양성자 전도성 충전제를 바람직하게는 고분자량 폴리아졸에 첨가할 수 있다.In order to further improve the performance properties thereafter, additional fillers, in particular proton conductive fillers, may preferably be added to the high molecular weight polyazoles.

양성자 전도성 충전제의 비제한적 예는,Non-limiting examples of proton conductive fillers include

설페이트, 예를 들면, CsHSO4, Fe(SO4)2, (NH4)3H(SO4)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, 예를 들면, Zr3(PO4)4, Zr(HPO4)2, HZr2(PO4)3, UO2PO4·3H2O, H8UO2PO4, Ce(HPO4)2, Ti(HPO4)2, KH2PO4, NaH2PO4, LiH2PO4, NH4H2PO4, CsH2PO4, CaHPO4, MgHPO4, HSbP2O8, HSb3P2O14, H5Sb5P2O20,Phosphates such as Zr 3 (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, 예를 들면, H3PW12O40·nH2O (n=21-29), H3SiW12O40·nH2O (n=21-29), HxWO3, HSbWO6, H3PMo12O40, H2Sb4O11, HTaWO6, HNbO3, HTiNbO5, HTiTaO5, HSbTeO6, H5Ti4O9, HSbO3, H2MoO4 Polyacids, for example 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 5 , HSbTeO 6 , H 5 Ti 4 O 9 , HSbO 3, H 2 MoO 4

셀레나이트 및 아세나이드, 예를 들면, (NH4)3H(SeO4)2, UO2AsO4, (NH4)3H(SeO4)2, KH2AsO4, Cs3H(SeO4)2, Rb3H(SeO4)2,Selenite and arsenides 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 ,

포스파이드, 예를 들면, ZrP, TiP, HfPPhosphides such as ZrP, TiP, HfP

옥사이드, 예를 들면, Al2O3, Sb2O5, ThO2, SnO2, ZrO2, MoO3 Oxides, for example Al 2 O 3 , Sb 2 O 5 , ThO 2 , SnO 2 , ZrO 2 , MoO 3

실리케이트, 예를 들면, 제올라이트, 제올라이트(NH4+), 시트 실리케이트, 골격 실리케이트, H-나트롤라이트, H-모데나이트, NH4-아날신, NH4-소달라이트, NH4-갈레이트, H-몬트모릴로나이트; 오르토살리실산 Si(OH)4 및 이의 염 및 에스테르의 기타 축합 생성물; 화학식 H3Si-(O-SiH2-)n-O-SiH3의 폴리실록산, 및 특히 기타 점토 무기물, 예를 들면, 몬트모릴로나이트, 벤토나이트, 카올리나이트, 피로필라이트, 탈크, 클로라이트, 무스코바이트, 미카, 스멕타이트, 할로사이트, 버미큘라이트 및 하이드로탈사이트Silicates, such as zeolites, zeolite (NH 4 +), sheet silicates, silicate skeleton, H- or trawl light, H- mordenite, NH 4 - Anal Shin, NH 4 - sodalite, NH 4 - gallate, H-montmorillonite; Other condensation products of orthosalicylic acid Si (OH) 4 and salts and esters thereof; Polysiloxanes of the formula H 3 Si- (O-SiH 2- ) n -O-SiH 3 , and in particular other clay minerals, for example montmorillonite, bentonite, kaolinite, pyrophyllite, talc, chlorite, mousse Cobite, mica, smectite, halosite, vermiculite and hydrotalcite

산, 예를 들면, HClO4, SbF5 Acids such as HClO 4 , SbF 5

충전제, 예를 들면, 바람직하게는 폴리아졸에 기반하고 부분적으로 가교결합된 카바이드, 특히 SiC, Si3N4, 섬유, 특히 유리 섬유, 유리 분말 및/또는 중합체 섬유.Fillers, such as carbides, preferably based on polyazoles and partially crosslinked, in particular SiC, Si 3 N 4 , fibers, in particular glass fibers, glass powders and / or polymer fibers.

이들 첨가제는 통상의 양으로 존재할 수 있지만, 포지티브 특성, 예를 들면, 폴리아졸, 특히 막의 높은 전도성, 높은 수명 및 높은 기계적 안정성은 과도하게 대량의 첨가제의 첨가에 의해 너무 현저하게 손상되지 않아야 한다.These additives may be present in conventional amounts, but the positive properties such as the high conductivity, high lifetime and high mechanical stability of the polyazoles, in particular the membranes, should not be so markedly impaired by the addition of excessively large amounts of additives.

일반적으로, 폴리아졸, 특히 막은 최대 80중량% 이상, 바람직하게는 최대 50중량% 이상 및 보다 바람직하게는 최대 20중량%의 첨가제를 포함한다. 첨가제는 상이한 입자 형태 및 입자 크기, 또는 혼합물로서 존재할 수 있지만, 가장 바람직하게는 나노입자 형태로 존재할 수 있다.
In general, polyazoles, in particular membranes, comprise at least 80% by weight of additives, preferably at least 50% by weight and more preferably at most 20% by weight of additives. The additives may be present in different particle forms and particle sizes, or as mixtures, but most preferably in nanoparticle form.

안정화stabilize

폴리아졸은 (i) 적어도 하나의 강산 및 (ii) 적어도 하나의 안정화 시약을 포함하는 용액으로 단계(I)에서 처리된다.The polyazole is treated in step (I) with a solution comprising (i) at least one strong acid and (ii) at least one stabilizing reagent.

적합한 안정화 시약은, 이와 관련하여, 바람직하게는 고분자량 폴리아졸을 기계적으로 안정화시킬 수 있는 특히 모든 화합물을 포함한다.Suitable stabilizing reagents in this connection preferably include all compounds which are particularly capable of mechanically stabilizing high molecular weight polyazoles.

안정화 시약으로 사용된 유기 화합물은 용액에 강산에 대한 충분한 안정성을 가져야 한다. 또한, 이들은 강산에서 충분한 용해도를 갖고, 이에 의해 단계(I)에서 용액 중의 안정화 시약의 총 함량이 적절하게는 0.01 내지 20중량%, 바람직하게는 0.1 내지 15중량%, 보다 바람직하게는 0.25 내지 10중량%, 특히 1 내지 5중량% 범위로 존재해야 한다. 안정화 시약이 강산에서 충분한 용해도를 갖지 않도록 하는 정도로, 이는 또한 소량의 추가 불활성 가용화제를 첨가할 수 있다. Organic compounds used as stabilizing reagents should have sufficient stability against strong acids in the solution. In addition, they have sufficient solubility in strong acids, whereby the total content of stabilizing reagents in solution in step (I) is suitably 0.01 to 20% by weight, preferably 0.1 to 15% by weight, more preferably 0.25 to 10 It should be present in the range of% by weight, in particular 1 to 5% by weight. To the extent that the stabilizing reagent does not have sufficient solubility in strong acids, it may also add small amounts of additional inert solubilizers.

그러나, 전반적으로, 용해도는 적절하게는 단계(I)에서 용액이 시약에서 안정화 시약의 총 함량을 0.01 내지 100mol% 범위(필름에 존재하는 폴리아졸을 기준(폴리아졸 중합체의 반복 단위당)), 바람직하게는 10 내지 80mol%, 특히 15 내지 65mol% 범위의 시약으로 될 수 있도록 충분해야 한다.Overall, however, the solubility is preferably in the range in which the solution in step (I) has a total content of stabilizing reagent in the range of 0.01 to 100 mol% (based on the polyazoles present in the film (per repeat unit of the polyazole polymer)), preferably Preferably it should be sufficient to be a reagent in the range of 10 to 80 mol%, in particular 15 to 65 mol%.

안정화 시약의 비율이 너무 낮은 경우, 폴리아졸, 특히 중합체 막의 기계적 강도는 충분히 개선되지 않고, 선택된 비율이 너무 높은 경우, 폴리아졸, 특히 막은 취성으로 되고, 폴리아졸, 특히 막의 특성 프로파일은 부적절하다.If the proportion of stabilizing reagent is too low, the mechanical strength of the polyazole, especially the polymer membrane, is not sufficiently improved, and if the ratio selected is too high, the polyazole, in particular the membrane, becomes brittle, and the characteristic profile of the polyazole, in particular the membrane, is inadequate.

또한, 가교결합 반응으로 전해질의 도입이 가능하다. 안정화 시약은 전해질과 부분적으로 또는 완전히 반응하거나 상호작용할 수 있다. 이 반응 또는 상호작용은 또한 막의 기계적 및/또는 화학적 안정화를 일으키고, 또한 인산 환경과 관련하여 안정화를 일으킨다. 안정화 반응으로 전해질의 도입은 여기서 산 강도의 저하를 유도할 수 있다.In addition, it is possible to introduce the electrolyte through a crosslinking reaction. The stabilizing reagents may partially or fully react or interact with the electrolyte. This reaction or interaction also leads to mechanical and / or chemical stabilization of the membrane and also to stabilization with respect to the phosphoric acid environment. Introduction of the electrolyte into the stabilization reaction can lead to a decrease in acid strength here.

160℃에서 안정화 폴리아졸, 특히 안정화 막의 양성자 전도성은 적절하게는 30 내지 300mS/cm, 바람직하게는 90 내지 250mS/cm이다.The proton conductivity of the stabilized polyazole, in particular the stabilized membrane, at 160 ° C. is suitably 30 to 300 mS / cm, preferably 90 to 250 mS / cm.

양성자 전도성은 임피던스 분광기(Zahner IM5 또는 IM6 분광기) 및 4점 시험 전지에 의해 측정하다. 특정 공정은 하기와 같다.Proton conductivity is measured by an impedance spectrometer (Zahner IM5 or IM6 spectrometer) and a four point test cell. Specific processes are as follows.

샘플 제조를 위해, 약 3.5×7cm 크기의 조각을 적절하게 절단하고, 막 샘플을 500g의 롤러 형상 중량으로 총 10배 롤링하여 과도한 산을 제거한다. 샘플의 두께는 양호하게는 미투토요(Mitutoyo) "앱솔루트, 디그매틱(Absolute, Digmatic)" 두께 측정 장치로 3점에서 측정하고, 평균했다(샘플 스트립의 초기, 중간 및 말기). 샘플은 적절하게는 도 1에 제시된 바와 같이 시험 전지에서 고정시킨다.For sample preparation, a piece of about 3.5 × 7 cm size is appropriately cut and the membrane sample is rolled a total of 10 times to a roller-shaped weight of 500 g to remove excess acid. The thickness of the sample was preferably measured at three points and averaged with a Mitutoyo "Absolute, Digmatic" thickness measuring device (early, middle and end of the sample strip). The sample is suitably fixed in the test cell as shown in FIG. 1.

숫자는 다음을 나타낸다:The numbers indicate the following:

(1): I- (1): I -

(3): U+ (3): U +

(5): U- (5): U -

(7): I+ (7): I +

(9): 커넥터 (9): connector

(11): Pt 와이어(11): Pt wire

(13): 밀봉(13): sealed

(15): 막(15): membrane

(17): Pt 플레이트
(17): Pt plate

시험 전지의 스크류는 바람직하게는 손으로 조이고, 전지는 양호하게는, 표 1에 따라 온도-주파수 프로그램을 통해 작동하는 조절된 오븐으로 옮긴다. The screw of the test cell is preferably tightened by hand and the cell is preferably transferred to a controlled oven operating through a temperature-frequency program according to Table 1.

[표 1][Table 1]

Figure pct00020
Figure pct00020

오븐 프로그램을 개시하고, 임피던스 스펙트럼은 20℃에서 160℃로, 및 반대로 160℃에서 20℃로, 바람직하게는 20℃ 단계로, 바람직하게는 측정전 10분의 체류 시간과 함께 4점 건조 시험 전지에서 자흐너-엘렉트릭(Zahner-Elektrik) IM6 임피던스 분광기로 측정한다. 스펙트럼을 저장하고, 바람직하게는 보드 및 니퀴스트(Bode and Niquist)의 문헌 방법에 의해 평가한다. 양성자 전도성은 다음 수학식에 의해 계산한다:The oven program is initiated and the impedance spectrum is 20-160 ° C., and vice versa from 160 ° C. to 20 ° C., preferably in 20 ° C. steps, preferably with a 4-point dry test cell with a residence time of 10 minutes before measurement. Measured with Zahner-Elektrik IM6 impedance spectrometer at The spectra are stored and preferably evaluated by the Bode and Niquist literature method. Proton conductivity is calculated by the following equation:

Figure pct00021
Figure pct00021

I(접촉 사이의 거리) = 2cm, b(막 폭) = 3.5cm, d = 막 두께(cm), R = 측정된 저항(ohms).I (distance between contacts) = 2 cm, b (membrane width) = 3.5 cm, d = film thickness in cm, R = measured resistance in ohms.

본 발명과 관련하여, 적어도 하나의 고관능성 폴리에테르, 바람직하게는 적어도 하나의 폴리에테롤을 안정화 시약으로서 사용한다.In the context of the present invention, at least one highly functional polyether, preferably at least one polyetherol, is used as stabilizing reagent.

본 발명과 관련하여, 고관능성 폴리에테롤은, 중합체 골격을 형성하는 에테르 그룹 뿐만 아니라 적어도 3개, 바람직하게는 적어도 6개 및 보다 바람직하게는 적어도 10개의 OH 그룹을 펜던트 또는 말단 위치에 갖는 생성물을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 중합체 골격은 선형 또는 분지형일 수 있다. 말단 또는 펜던트 관능기의 수에 대한 상한치는 원칙적으로 제한이 없지만, 매우 높은 수의 관능기를 갖는 생성물은 바람직하지 않는 특성, 예를 들면, 고점도 또는 불량한 용해도를 가질 수 있다. 본 발명과 관련하여 사용되는 고관능성 폴리에테롤은 통상 500 이하의 말단 또는 펜던트 관능기, 바람직하게는 100 이하의 말단 또는 펜던트 OH 관능기를 갖는다. 본 발명에 따라 사용하기 위한 고관능성 폴리에테롤은 바람직하게는 평균 적어도 3개, 보다 바람직하게는 적어도 4개, 추가로 바람직하게는 적어도 5개 및 특히 적어도 6개의 디-, 트리- 또는 보다 높은 관능성 알콜로부터 형성된 축합 생성물이다. 이 경우에, 평균 적어도 6개, 보다 바람직하게는 적어도 4개, 특히 적어도 5개 및 특히 적어도 6개의 트리- 또는 보다 높은 관능성 알콜으로부터 형성된 축합 생성물인 것이 추가로 바람직하다.In the context of the present invention, a highly functional polyetherol is a product having at least three, preferably at least six and more preferably at least ten OH groups in pendant or terminal positions as well as ether groups forming the polymer backbone. It should be understood as meaning. The polymer backbone can be linear or branched. The upper limit on the number of terminal or pendant functional groups is in principle not limited, but a product having a very high number of functional groups may have undesirable properties such as high viscosity or poor solubility. Highly functional polyetherols used in connection with the present invention usually have up to 500 terminal or pendant functional groups, preferably up to 100 terminal or pendant OH functional groups. The highly functional polyetherols for use according to the invention preferably have an average of at least 3, more preferably at least 4, further preferably at least 5 and in particular at least 6 di-, tri- or higher Condensation products formed from functional alcohols. In this case, it is further preferred that it is a condensation product formed from an average of at least six, more preferably at least four, in particular at least five and in particular at least six tri- or higher functional alcohols.

바람직한 양태에서, 고관능성 폴리에테르는 과분지화 폴리에테롤이다. 본 발명과 관련하여, 고분지화 폴리에테르폴리올은, 구조적으로 및 분자적으로 불균질성인 하이드록실 및 에테르 그룹을 갖는 비가교결합된 중합체 분자를 의미하는 것으로 이해된다. 한편, 이들은 중심 분자로부터 진행하는 덴드리머과 유사하지만 불균질한 쇄 길이의 분지를 갖는 구조를 가질 수 있다. 한편, 이들은 또한 관능성 측쇄 그룹과 함께 선형 영역을 가질 수 있다. 덴드리머 및 과분지화 중합체의 정의는 문헌[참조: P. J. Flory, J. Am. Chem. Soc. 1952, 74, 2718 and H. Frey et al., Chem. Eur. J. 2000, 6, 15 No. 14, 2499]을 참조한다.In a preferred embodiment, the high functional polyether is hyperbranched polyetherol. In the context of the present invention, highly branched polyetherpolyols are understood to mean uncrosslinked polymer molecules having hydroxyl and ether groups that are structurally and molecularly heterogeneous. On the other hand, they may have a structure similar to a dendrimer proceeding from the central molecule but with branches of heterogeneous chain length. On the other hand, they may also have linear regions with functional side chain groups. Definitions of dendrimers and hyperbranched polymers are described in P. J. Flory, J. Am. Chem. Soc. 1952, 74, 2718 and H.'Frey et al., Chem. Eur. J. 2000, 6, 15 No. 14, 2499.

본 발명과 관련하여, "과분지화"는 분지도(DB), 즉 분자당 덴드리머성 결합의 평균 수 + 말단 그룹의 평균 수를 덴드리머성, 선형 및 말단 결합의 평균 수의 합으로 나누어 100을 곱한 값이 10 내지 99.9%, 바람직하게는 20 내지 99% 및 보다 바람직하게는 20 내지 95%임을 의미하는 것으로 이해된다. 본 발명과 관련하여, "덴드리머성"은 분지도가 99.9 내지 100%임을 의미하는 것으로 이해된다. 분지도에 대한 정의는 문헌[참조: H. Frey et al., Acta Polym. 1997, 48, 30]을 참조한다.In the context of the present invention, "hyperbranching" refers to the degree of branching (DB), i.e., the average number of dendritic bonds per molecule plus the average number of terminal groups divided by the sum of the average number of dendritic, linear and terminal bonds, multiplied by 100. It is understood that the value is 10 to 99.9%, preferably 20 to 99% and more preferably 20 to 95%. In the context of the present invention, "dendrimerity" is understood to mean that the degree of branching is from 99.9 to 100%. Definitions of branching can be found in H. Frey et al., Acta Polym. 1997, 48, 30.

사용된 삼관능성 및 보다 고관능성 알콜은, 예를 들면, 트리올, 예를 들면, 트리메틸올메탄, 트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판(TMP), 1,2,4-부탄트리올일 수 있다. 또한, 테트롤, 예를 들면, 비스트리메틸올프로판(디-TMP) 또는 펜타에리트리톨을 사용할 수 있다. 또한, 보다 고관능성 폴리올, 예를 들면, 비스펜타에리트리톨(디-펜타) 또는 이노시톨을 사용할 수 있다. 또한, 바람직하게는 분자당 1 내지 40개 알킬렌 옥사이드를 갖는, 상기한 알콜과 글리세롤의 알콕실화 생성물을 사용할 수 있다. 삼관능성 및 보다 고관능성 알콜로서는, 지방족 알콜 및 특히 1차 하이드록실 그룹을 갖는 것들, 예를 들면, 트리메틸올메탄, 트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판, 디-TMP, 펜타에리트리톨, 분자당 1 내지 30개 에틸렌 옥사이드 단위를 갖는 디-펜타 및 알콕실레이트, 및 분자당 1 내지 30개 에틸렌 옥사이드 단위를 갖는 글리세롤 에톡실레이트를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨 및 분자당 평균 1 내지 20개 에틸렌 옥사이드 단위를 갖는 이의 에톡실레이트, 및 분자당 1 내지 20개 에틸렌 옥사이드 단위를 갖는 글리세릴 에톡실레이트를 사용하는 것이 매우 특히 바람직하다. 또한, 혼합물에서 언급한 알콜을 사용할 수 있다.The trifunctional and higher functional alcohols used may be, for example, triols such as trimethylolmethane, trimethylolethane, trimethylolpropane (TMP), 1,2,4-butanetriol. Tetrols such as bistrimethylolpropane (di-TMP) or pentaerythritol can also be used. In addition, higher functional polyols such as bispentaerythritol (di-penta) or inositol can be used. It is also possible to use alkoxylated products of the above-mentioned alcohols and glycerol, preferably having 1 to 40 alkylene oxides per molecule. Trifunctional and higher functional alcohols include aliphatic alcohols and especially those having primary hydroxyl groups, for example trimethylolmethane, trimethylolethane, trimethylolpropane, di-TMP, pentaerythritol, 1 to per molecule Particular preference is given to using di-penta and alkoxylates having 30 ethylene oxide units, and glycerol ethoxylates having 1 to 30 ethylene oxide units per molecule. Very particular preference is given to using trimethylolpropane, pentaerythritol and its ethoxylates having an average of 1 to 20 ethylene oxide units per molecule, and glyceryl ethoxylates having 1 to 20 ethylene oxide units per molecule. . It is also possible to use the alcohols mentioned in the mixture.

삼관능성 및 고관능성 알콜로서는 2개의 바로 인접한 탄소원자 상에 OH 그룹을 포함하는 화합물이 덜 적합하다. 본 발명의 조건하에, 이들 화합물들은 에테르화 반응에 비해 바람직할 수 있는 반응물을 제거하는 경향이 있다. 본 발명의 에테르화 조건하에, 부산물을 형성하는 불포화 화합물들은 관련 산업적 제형에 유용하지 않은 반응 생성물을 유도한다. 보다 특히, 이러한 부반응물은 글리세롤의 경우에 발생한다.As tri- and high-functional alcohols, compounds containing OH groups on two immediately adjacent carbon atoms are less suitable. Under the conditions of the present invention, these compounds tend to remove reactants which may be desirable over etherification reactions. Under the etherification conditions of the present invention, unsaturated compounds forming by-products lead to reaction products that are not useful in the relevant industrial formulations. More particularly, this side reaction occurs in the case of glycerol.

삼관능성 및 보다 고관능성 알콜은 이관능성 알콜과 혼합하여 사용할 수 있다. 2개의 OH 그룹을 갖는 적합한 화합물의 예는 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 1,2- 및 1,3-프로판디올, 디프로필렌 글리콜, 트리프로필렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 1,2-, 1,3- 및 1,4-부탄디올, 1,2-, 1,3- 및 1,5-펜탄디올, 헥산디올, 도데칸디올, 사이클로펜탄디올, 사이클로헥산디올, 사이클로헥산디메탄올, 비스(4-하이드록시사이클로헥실)메탄, 비스(4-하이드록시사이클로헥실)에탄, 2,2-비스(4-하이드록시사이클로헥실)프로판; 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드, 부틸렌 옥사이드 또는 이들의 혼합물을 기반으로 하는 이관능성 폴리에테르폴리올, 또는 폴리테트라하이드로푸란을 포함한다. 또한, 이관능성 알콜을 혼합물로 사용할 수 있음을 인지해야 한다.Trifunctional and higher functional alcohols may be used in admixture with difunctional alcohols. Examples of suitable compounds having two OH groups are ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,2- and 1,3-propanediol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, neopentyl glycol, 1,2- , 1,3- and 1,4-butanediol, 1,2-, 1,3- and 1,5-pentanediol, hexanediol, dodecanediol, cyclopentanediol, cyclohexanediol, cyclohexanedimethanol, bis (4-hydroxycyclohexyl) methane, bis (4-hydroxycyclohexyl) ethane, 2,2-bis (4-hydroxycyclohexyl) propane; Difunctional polyetherpolyols based on ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide or mixtures thereof, or polytetrahydrofuran. It should also be appreciated that difunctional alcohols can be used in the mixture.

디올은 폴리에테르폴리올의 특성에 대한 미세 조정을 위해 사용한다. 이관능성 알콜이 사용되는 경우, 이관능성 알콜 대 삼관능성 및 보다 고관능성 알콜의 비는 폴리에테르의 목적하는 특성에 따라 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 결정된다. 일반적으로 이관능성 알콜(들)의 양은, 모든 알콜의 총 양을 기준으로, 0 내지 99mol%, 바람직하게는 0 내지 80mol%, 보다 바람직하게는 0 내지 75mol% 및 가장 바람직하게는 0 내지 50mol%이다. 반응 과정에서 달라지는 삼관능성 및 보다 고관능성 알콜 및 디올의 첨가에 의해, 또한 블록 코폴리에테르, 예를 들면, 디올-종결된 폴리에테르를 수득할 수 있다.Diols are used to make fine adjustments to the properties of polyetherpolyols. When difunctional alcohols are used, the ratio of difunctional alcohols to trifunctional and higher functional alcohols is determined by one of ordinary skill in the art depending on the desired properties of the polyether. Generally the amount of difunctional alcohol (s) is from 0 to 99 mol%, preferably from 0 to 80 mol%, more preferably from 0 to 75 mol% and most preferably from 0 to 50 mol%, based on the total amount of all alcohols. to be. By addition of trifunctional and higher functional alcohols and diols which vary in the course of the reaction, it is also possible to obtain block copolyethers, for example diol-terminated polyethers.

본 발명에 따라, 또한 이관능성 알콜을 OH-종결된 올리고머에 예비 축합시킨 다음 삼관능성 또는 보다 고관능성 알콜을 첨가할 수 있다. 이러한 방식으로, 또한 선형 블록 구조를 갖는 과분지화 중합체를 수득할 수 있다.According to the invention, it is also possible to precondense bifunctional alcohols to OH-terminated oligomers and then to add trifunctional or higher functional alcohols. In this way, it is also possible to obtain hyperbranched polymers with linear block structures.

더욱이, 삼관능성 및 보다 고관능성 알콜의 전환 동안 또는 전환 후에 OH 관능성을 조절하기 위해 모노올을 첨가할 수도 있다. 이러한 모노올은, 예를 들면, 직쇄 또는 분지쇄의 지방족 또는 방향족 모노올일 수 있다. 이들은 바람직하게는 3개 초과 및 보다 바람직하게는 6개 초과의 탄소원자를 갖는다. 또한 모노올로서는 일관능성 폴리에테롤이 적합하다. 바람직하게는, 삼관능성 및 보다 고관능성 알콜의 총 양을 기준으로, 50mol% 이하의 모노올을 첨가한다.Moreover, monools may be added to control OH functionality during or after the conversion of tri- and higher-functional alcohols. Such monools can be, for example, straight or branched aliphatic or aromatic monools. They preferably have more than 3 and more preferably more than 6 carbon atoms. As monools, monofunctional polyetherols are suitable. Preferably, up to 50 mol% monool, based on the total amount of trifunctional and higher functional alcohols, is added.

본 발명과 관련하여 매우 특히 적합한 폴리에테르는, 1:10 내지 10:1, 보다 바람직하게는 1:5 내지 5:1, 보다 더 바람직하게는 1:2 내지 2:1, 특히 1.5:1 내지 1:1.5, 가장 바람직하게는 1:1 범위의 몰 비를 갖는 바람직하게는 트리에틸렌 글리콜/펜타에리트리톨 혼합물로부터 트리에틸렌 글리콜과 펜타에리트리톨의 반응에 의해 수득할 수 있다.Very particularly suitable polyethers in the context of the present invention are 1:10 to 10: 1, more preferably 1: 5 to 5: 1, even more preferably 1: 2 to 2: 1, especially 1.5: 1 to It can be obtained by reaction of triethylene glycol and pentaerythritol from a triethylene glycol / pentaerythritol mixture preferably having a molar ratio in the range of 1: 1.5, most preferably 1: 1.

본 발명의 목적을 위해, 폴리에테르는 바람직하게는 수 평균 분자량이 100g/mol 내지 5000g/mol 범위, 특히 700g/mol 내지 1500g/mol 범위이다. 이의 중량 평균 분자량은 적절하게는 1000g/mol 내지 100,000g/mol 범위, 특히 5000g/mol 내지 50,000g/mol 범위이다.For the purposes of the present invention, the polyethers preferably have a number average molecular weight in the range of 100 g / mol to 5000 g / mol, in particular in the range of 700 g / mol to 1500 g / mol. Its weight average molecular weight is suitably in the range from 1000 g / mol to 100,000 g / mol, in particular in the range from 5000 g / mol to 50,000 g / mol.

이들 분자량은 자체로 공지된 방식, 특히 적절한 기준을 사용하여 겔 투과 크로마토그래피에 의해 측정할 수 있다.These molecular weights can be determined by gel permeation chromatography using methods known per se, in particular using appropriate criteria.

이러한 고관능성 폴리에테르 및 이의 제조방법에 대한 추가의 상세는 국제공개공보 WO 2009/101141호에 기재되어 있고, 이의 개시 내용은 참조로서 명백하게 도입된다.Further details on such highly functional polyethers and methods for their preparation are described in WO 2009/101141, the disclosure of which is expressly incorporated by reference.

본 발명의 추가의 바람직한 양태에서, 글리세롤을 기반으로 하는 고관능성 폴리에테르는 안정화 시약으로 사용된다. 글리셀롤을 기반으로 하는 폴리에테르의 제조는 또한 기재되어 있다. 예를 들면, 미국 특허 제US 3,932,532호 및 독일 특허출원 제DE 103 07 172호는 강알칼리에 의한 촉매작용으로 올리고머성 폴리에테르를 제공하는, 글리세롤을 기반으로 하는 고관능성 폴리에테르의 제조를 개시하고, 국제공개공보 제WO 2004/074346호는 일관능성 알콜을 사용한 이의 개질을 개시한다.In a further preferred embodiment of the present invention, high functional polyethers based on glycerol are used as stabilizing reagents. The preparation of polyethers based on glycesol is also described. For example, US Pat. No. 3,932,532 and German Patent Application DE DE 103 3 07 07 172 disclose the preparation of high functional polyethers based on glycerol, which provides oligomeric polyethers catalyzed by strong alkalis, International Publication No. WO 2004/074346 discloses its modification with monofunctional alcohols.

더욱이, 독일 특허원 제DE 103 07 172호는 또한 산성 촉매, 예를 들면, HCl, H2SO4, 설폰산 또는 H3PO4의 존재하에 물의 부재하에서 200 내지 280℃의 온도로 5 내지 15시간 동안 글리세롤의 중축합을 개시한다. Furthermore, German patent application DE 103 07 172 also discloses 5 to 15 at a temperature of 200 to 280 ° C. in the absence of water in the presence of an acidic catalyst, for example HCl, H 2 SO 4 , sulfonic acid or H 3 PO 4 . Initiate the polycondensation of glycerol over time.

유럽 특허 제EP 141253호, 독일 특허 제DE 4446877호 및 미국 특허 제5,728,796호는 아세톤 또는 에폭시 화합물의 존재하에 산성 반응 조건하에서 삼관능성 및 보다 고관능성 알콜의 반응을 개시한다. 수득된 생성물은 저분자량의 개질된 알콜이다.EP EP141253, German DE DE 44446877 and US Pat. No. 5,728,796 disclose the reaction of tri- and higher-functional alcohols under acidic reaction conditions in the presence of acetone or epoxy compounds. The product obtained is a low molecular weight modified alcohol.

국제공개공보 WO 2004/074346호는 글리세롤의 알칼리 중축합, 및 산성 조건하에 수득된 축합 생성물과 지방 알콜과의 후속 반응을 개시한다. 이는 지방 알콜-개질된 폴리글리세롤을 제공한다.International Publication No. WO 2004/074346 discloses alkali polycondensation of glycerol and subsequent reaction of condensation products obtained with acidic conditions with fatty alcohols. This gives fatty alcohol-modified polyglycerols.

과분지화 폴리글리세릴 에테르는 독일 특허출원 제DE 199 47 631호 및 제DE 102 11 664호에 또한 기재되어 있다. 당해 제조는 임의로 다관능성 개시 분자의 존재하에 글리시돌의 개환 반응에 의해 수행된다.Hyperbranched polyglyceryl ethers are also described in German patent applications DE # 199 47 631 and DE # 102 11 664. The preparation is carried out by ring opening reaction of glycidol, optionally in the presence of a polyfunctional initiating molecule.

본 발명의 추가의 바람직한 양태에서, 트리메틸올프로판 단위를 유일하게 기반으로 하고/하거나 펜타에리트리톨 단위를 유일하게 기반으로 하는 고관능성 폴리에테르가 안정화 시약으로 사용된다. In a further preferred embodiment of the invention, high functional polyethers based solely on trimethylolpropane units and / or based solely on pentaerythritol units are used as stabilizing reagents.

과분지화 폴리에테롤은 또한, 예를 들면, 국제공개공보 WO 00/56802호에 기재된 바와 같이, 1-에틸-1-하이드록시메틸옥세탄을 특정한 촉매로 개환 중합반응시킴으로써 제조할 수 있다. 여기서의 중합체 구조는 유일하게 트리메틸올프로판 단위로 이루어져 있다. 또한, 3,3-비스(하이드록시메틸)옥세탄을 문헌[참조: Nishikubo et al., Polymer Journal 2004, 36 (5) 413]에 따라 개환 반응으로 반응시켜, 펜타에리트리톨 단위로 유일하게 이루어진 고도 분지된 폴리에테르를 수득할 수 있다.Hyperbranched polyetherols can also be prepared by ring-opening polymerization of 1-ethyl-1-hydroxymethyloxetane with a specific catalyst, as described, for example, in WO-00 / 56802. The polymer structure here consists solely of trimethylolpropane units. In addition, 3,3-bis (hydroxymethyl) oxetane is reacted by a ring-opening reaction according to Nishikubo et al., Polymer Journal 2004, 36 (5) 413, which is the only pentaerythritol unit. Highly branched polyethers can be obtained.

문헌[참조: Chen et. al, J. Poly. Sci. Part A: Polym. Chem. 2002, 40, 1991]은, 1-에틸-1-하이드록시메틸옥세탄 및 3,3-비스(하이드록시메틸)옥세탄을 함께 개환 중합시키는 합성법을 기재한다. 이는 트리메틸올프로판과 펜타에리트리톨 단위의 혼합물로 구성된 폴리에테르를 제공한다.See Chen et. al., J. Poly. Sci. Part A: Polym. Chem. 2002, 40, 1991 describe a synthesis method of ring-opening polymerization of 1-ethyl-1-hydroxymethyloxetane and 3,3-bis (hydroxymethyl) oxetane together. This gives a polyether consisting of a mixture of trimethylolpropane and pentaerythritol units.

단계(II)에서, 폴리아졸은, 25℃ 초과, 바람직하게는 50℃ 초과, 보다 바람직하게는 100℃ 초과의 온도, 적절하게는 100℃ 초과 내지 180℃ 범위, 특히 120℃ 내지 160℃ 범위의 온도로 양호하게는 5분 내지 120분, 바람직하게는 15분 내지 100분, 보다 바람직하게는 60분의 기간 동안 가열시킴으로써 안정화된다. 임의로, 안정화 필름은 20℃ 내지 80℃, 보다 바람직하게는 60℃의 온도에서 산 함유 용액 속에서 10분 내지 60분 동안 후조절할 수 있다.In step (II), the polyazole has a temperature of more than 25 ° C., preferably more than 50 ° C., more preferably more than 100 ° C., suitably more than 100 ° C. to 180 ° C., in particular from 120 ° C. to 160 ° C. The temperature is preferably stabilized by heating for a period of 5 to 120 minutes, preferably 15 to 100 minutes, more preferably 60 minutes. Optionally, the stabilizing film may be postconditioned for 10 to 60 minutes in an acid containing solution at a temperature of 20 ° C. to 80 ° C., more preferably 60 ° C.

본 발명에 따라 사용된 강산은 비양성자성 산, 바람직하게는 인산 및/또는 황산이다.Strong acids used according to the invention are aprotic acids, preferably phosphoric acid and / or sulfuric acid.

본 발명의 기재와 관련하여, "인산"은 폴리인산, 포스폰산(H3PO3), 오르토인산(H3PO4), 피로인산(H4P2O7), 트리인산(H5P3O10), 메타인산 및 유도체, 특히 유기 유도체, 예를 들면, 사이클릭 유기인산 및 이의 유도체, 예를 들면, 산 에스테르를 의미하는 것으로 이해된다. 인산, 특히 오르토인산은 바람직하게는 적어도 80중량%의 농도, 보다 바람직하게는 적어도 90중량%의 농도, 보다 더 바람직하게는 적어도 95중량%의 농도 및 가장 바라직하게는 적어도 98중량%의 농도를 갖고, 농도 계산은 막 또는 가수분해에서 산의 유효 농도를 기준으로 한다.In the context of the present disclosure, “phosphate” refers to polyphosphoric acid, phosphonic acid (H 3 PO 3 ), orthophosphoric acid (H 3 PO 4 ), pyrophosphoric acid (H 4 P 2 O 7 ), triphosphate (H 5 P 3 O 10 ), metaphosphoric acid and derivatives, in particular organic derivatives, for example cyclic organophosphoric acid and derivatives thereof, for example acid esters. The phosphoric acid, in particular orthophosphoric acid, is preferably at least 80% by weight, more preferably at least 90% by weight, even more preferably at least 95% by weight and most preferably at least 98% by weight. The concentration calculation is based on the effective concentration of the acid in the membrane or hydrolysis.

후속 사용을 위한 추가 조절에 있어서, 단계(II)에서의 안정화는 폴리아졸, 특히 막의 추가 도핑을 수반할 수 있다. 이 경우에, 상기 언급된 첨가제를 첨가하거나, 기타 도핑 정도를 언급된 강산의 추가 첨가에 의해 수행할 수 있다. 또한, 존재하는 물은 폴리아졸, 특히 막으로부터, 예를 들면, 존재하는 강산을 농축시킴으로써 회수할 수 있다. 안정화 반응 및 상기 그룹의 상이한 안정화제의 혼합물에 또한 요구되는 촉매를 첨가할 수 있다.In further control for subsequent use, the stabilization in step (II) may involve further doping of the polyazoles, in particular the membranes. In this case, the abovementioned additives can be added or other degree of doping can be carried out by further addition of the strong acids mentioned. In addition, the water present can be recovered from the polyazole, in particular the membrane, for example by concentrating the strong acid present. The required catalyst can also be added to the stabilization reaction and to mixtures of different stabilizers of this group.

본 발명은 또한 본 발명에 따르는 방법으로 수득가능한 적어도 하나의 기계적 안정화된 폴리아졸을 포함하는 막을 제공한다.The invention also provides a membrane comprising at least one mechanically stabilized polyazole obtainable by the process according to the invention.

안정화된, 바람직하게는 고분자량 폴리아졸 중합체를 기반으로 하는 본 발명의 산 함유 폴리아졸 막은 산과의 산계 착물을 형성하고, 따라서 물의 부재하에서도 양성자 전도성이다. 그로투스(Grotthus) 전도성 메카니즘으로 불리우는 이러한 메카니즘은 적어도 120℃, 바람직하게는 적어도 140℃, 특히 적어도 160℃의 지속된 작동 온도로 고온 연료 전지에서 사용할 수 있게 한다. 따라서, 본 발명의 막은 전기화학 전지, 특히 연료 전지를 위한 전해질로서 사용될 수 있다.The acid containing polyazole membranes of the present invention based on stabilized, preferably high molecular weight polyazole polymers form acid-based complexes with acids and are therefore proton conductive in the absence of water. Such a mechanism, referred to as Grotthus conductive mechanism, makes it possible to use in high temperature fuel cells with sustained operating temperatures of at least 120 ° C, preferably at least 140 ° C, in particular at least 160 ° C. Thus, the membranes of the present invention can be used as electrolytes for electrochemical cells, in particular fuel cells.

안정화된, 바람직하게는 고분자량 폴리아졸 중합체를 기반으로 하는 본 발명의 산 함유 폴리아졸 막은 개선된 기계적 특성이 현저하다. 예를 들면, 본 발명의 막은 적어도 3MPa, 적절하게는 적어도 4MPa, 보다 바람직하게는 적어도 6MPa, 바람직하게는 7MPa, 특히 적어도 8MPa의 탄성률을 나타낸다. 또한, 본 발명의 막은 적어도 150%, 바람직하게는 적어도 200%, 특히 적어도 250%의 파단 신도를 나타낸다.The acid containing polyazole membranes of the present invention based on stabilized, preferably high molecular weight polyazole polymers, are marked by improved mechanical properties. For example, the film of the present invention exhibits an elastic modulus of at least 3 MPa, suitably at least 4 MPa, more preferably at least 6 MPa, preferably 7 MPa, in particular at least 8 MPa. The membranes of the invention also exhibit an elongation at break of at least 150%, preferably at least 200%, in particular at least 250%.

인장 변형 특성은 바람직하게는 즈윅(Zwick) Z010 표준 인장 시험기로 측정하고, 후속 공정이 유용한 것으로 밝혀졌다. 샘플을 먼저 폭 1.5cm 및 길이 12cm의 스트립으로 적절하게 절단한다. 바람직하게는, 2 내지 3개의 샘플을 제조하고, 샘플당 평가하고, 이어서 결과를 평균한다. 샘플의 두께는 바람직하게는 미투토요 앱솔루트 디그매틱(Mitutoyo Absolute Digmatic) 두께 측정 장치로 3점에서 측정하고, 평균한다(바람직하게는 스트립의 개시, 중간 및 말단). 측정은 바람직하게는 다음과 같이 수행한다. 샘플 스트립을 클램핑하고, 1분 동안 0.1N의 도입력에서 유지시킨다. 이어서, 측정은, 탄성률(MPa)이 측정(즈윅 소프트웨어 TextExpert(버젼 11)에 의한 자동 공정)될 때까지, 바람직하게는 5mm/분의 인장 속도에서 RT(25℃)로 자동적으로 수행한다. 이어서, 측정은, 샘플 스트립이 찢어질 때까지, 바람직하게는 30mm/분의 인장 속도로 지속한다. 측정을 종료한 후, 파괴 인성(kJ/m2) 및 파단 신도(%)를 측정한다.Tensile strain properties are preferably measured with a Zwick Z010 standard tensile tester, and subsequent processes have been found to be useful. The sample is first properly cut into strips 1.5 cm wide and 12 cm long. Preferably, two to three samples are prepared, evaluated per sample, and then the results averaged. The thickness of the sample is preferably measured at three points and averaged (preferably at the beginning, middle and end of the strip) with a Mitutoyo Absolute Digmatic thickness measuring device. The measurement is preferably carried out as follows. The sample strip is clamped and held at an introduction force of 0.1 N for 1 minute. The measurement is then carried out automatically at RT (25 ° C.), preferably at a tension rate of 5 mm / min, until the modulus of elasticity MPa is measured (automatic process by Zwick software TextExpert (version 11)). The measurement then continues at a tensile rate of preferably 30 mm / min until the sample strip tears. After completion of the measurement, the fracture toughness (kJ / m 2 ) and the elongation at break (%) are measured.

안정화된, 바람직하게는 고분자량 폴리아졸 중합체를 기반으로 하는, 본 발명의 산 함유 폴리아졸 막의 전도성은 바람직하게는 적어도 50 mS/cm, 보다 바람직하게는 적어도 100 mS/cm, 특히 적어도 150 mS/cm이다.The conductivity of the acid-containing polyazole membranes of the invention, which are based on stabilized, preferably high molecular weight polyazole polymers, is preferably at least 50 mPa / cm, more preferably at least 100 mPa / cm, in particular at least 150 mPa / cm.

안정화된, 바람직하게는 고분자량 폴리아졸 중합체를 기반으로 하는, 본 발명의 산 함유 폴리아졸 막은, 고온 연료 전지에서 양성자 전도성 막으로서 사용하는 경우에 증가된 안정성이 추가로 현저하다. 이러한 시스템의 작동의 경우에, 특히 인산 시스템의 경우에, 산 함유 폴리아졸 막의 안정성이 추가로 개선되어야 하는 것으로 밝혀졌다. 본 발명의 막은 이러한 개선된 안정성이 현저하고, 바람직하게는 85℃ 내지 180℃의 온도 범위에서 99% 인산에 불용성이다. 이와 관련하여, "불용성"은 팽윤이 300%를 초과하지 않고 자가 지지 필름의 용해가 존재하는 과량의 산에서 전혀 발생하지 않음을 의미한다.The acid containing polyazole membranes of the present invention, which are based on stabilized, preferably high molecular weight polyazole polymers, are further remarkable in their increased stability when used as proton conductive membranes in high temperature fuel cells. In the case of the operation of such a system, in particular in the case of phosphoric acid systems, it has been found that the stability of the acid containing polyazole membranes should be further improved. The membrane of the present invention is remarkable for this improved stability and is preferably insoluble in 99% phosphoric acid in the temperature range of 85 ° C to 180 ° C. In this regard, "insoluble" means that the swelling does not exceed 300% and dissolution of the self supporting film does not occur at all in the excess acid present.

또한, 안정화된, 바람직하게는 고분자량 폴리아졸 중합체를 기반으로 하는, 본 발명의 산 함유 폴리아졸 막은 개선된 압축성을 갖는다. 막 두께의 상대적 감소는 통상, 동일한 조건하에 상응하는 불안정화 막에 대한 막 두께의 대략 80% 상대적 감소와 비교하여, 베이저 임프린트 시험(Weiser Imprint Test)에 따라 160℃, 120분에서 40% 미만이다. 압축성을 측정하는 베이저 임프린트 시험은 다음과 같이 적절하게 수행된다:In addition, the acid containing polyazole membranes of the present invention, which are based on stabilized, preferably high molecular weight polyazole polymers, have improved compressibility. The relative reduction in film thickness is typically less than 40% at 160 ° C., 120 minutes according to the Weiser Imprint Test, compared to approximately 80% relative reduction in film thickness for the corresponding destabilizing film under the same conditions. . The Bayesian imprint test to measure compressibility is performed as follows:

특징적 막 만입 성능을 측정하기 위해, 4.91cm2(직경 2.5cm)의 면적을 갖는 막 샘플을 천공하고, 기판으로서 캅톤(Kapton) 필름과 함께 열판 위에 위치시킨다. 금속 가이드에 의해 유도되고 3개의 스터드(d=1mm)를 갖는 금속 다이를 막 샘플에 위치시키고, 막 샘플의 두께 감소를 160℃의 열판 온도에서 120분의 기간에 걸쳐 미투토요 DC III 두께 측정 장치로 기록한다. 측정된 두께는 표준 두께로 표준화하고, 시간에 대한 그래프로서 플롯팅한다.To measure the characteristic membrane indentation performance, a membrane sample having an area of 4.91 cm 2 (2.5 cm in diameter) was punctured and placed on a hot plate with a Kapton film as a substrate. A metal die guided by a metal guide and having three studs (d = 1 mm) was placed on the membrane sample, and the thickness reduction of the membrane sample was measured by a Mitutoyo DC III thickness measuring device over a period of 120 minutes at a hotplate temperature of 160 ° C. Record as. The measured thickness is normalized to the standard thickness and plotted as a graph over time.

본 발명의 안정화 막은 추가로 개선된 장기간 안정성이 현저하다.The stabilizing membrane of the present invention is further marked with further improved long term stability.

또한, 추가의 적용은 디스플레이 부재, 일렉트로크로믹 부재 또는 다양한 센서용 전해질로서의 용도를 포함한다.Further applications also include use as display members, electrochromic members or as electrolytes for various sensors.

본 발명은 또한 연료 전지용 단일 전지(MEU)에서 본 발명의 중합체 전해질 막의 바람직한 용도를 제공한다.The invention also provides a preferred use of the polymer electrolyte membrane of the invention in a single cell for fuel cells (MEU).

연료 전지용 단일 전지는 적어도 하나의 본 발명의 막 및 2개의 전극을 포함하고, 이들 사이에는 양성자 전도성 막이 샌드위치 방식으로 배열되어 있다. A single cell for a fuel cell comprises at least one inventive membrane and two electrodes, between which a proton conductive membrane is arranged in a sandwich manner.

전극은 각각 촉매 활성 층, 및 반응 가스를 촉매 활성 층으로 공급하기 위한 가스 확산 층을 갖는다. 가스 확산 층은 반응성 가스가 이를 통과할 정도로 다공성이다.The electrodes each have a catalytically active layer and a gas diffusion layer for supplying the reaction gas to the catalytically active layer. The gas diffusion layer is porous enough to allow the reactive gas to pass through it.

본 발명의 중합체 전해질 막은 전해질 막으로서 사용될 수 있다. 또한, 하나 또는 둘 다의 촉매 활성 층을 갖는 단일 전지(MEU)를 위한 전해질 막 및 전구체를 제조할 수 있다. 또한, 단일 전지는 가스 확산 층을 전구체 상에 고정시킴으로써 제조할 수 있다.The polymer electrolyte membrane of the present invention can be used as an electrolyte membrane. It is also possible to prepare electrolyte membranes and precursors for a single cell (MEU) having one or both catalytically active layers. Single cells can also be made by immobilizing a gas diffusion layer on the precursor.

본 발명은 추가로 복수의 단일 전지(MEU)를 포함하는 연료 전지를 제공하고, 여기서 각각의 단일 전지는 상기 공정으로 제조한 막 및 2개의 전극을 포함하며, 이들 사이에는 막이 샌드위치 유사 방식으로 배열되어 있다.The present invention further provides a fuel cell comprising a plurality of single cells (MEU), wherein each single cell comprises a membrane and two electrodes prepared by the above process, between which the membranes are arranged in a sandwich-like manner. It is.

본 발명의 안정화는 또한 막으로부터 MEU의 생성 후에 수행할 수 있다. 이를 위해, 막을 안정화제로 도핑하는 것은 상기한 바와 같이 수행한다. 그러나, 단계(II) 또는 (c)에서 안정화 반응 또는 안정화 성분의 활성화는 샌드위치 방식으로 배열된 MEU 내에서 후속적으로 발생한다.Stabilization of the invention can also be performed after the generation of MEU from the membrane. For this purpose, the doping of the membrane with a stabilizer is carried out as described above. However, in step (II) or (c) the stabilization reaction or activation of stabilizing components occurs subsequently in the MEU arranged in a sandwich manner.

보다 바람직하게는, 안정화는 100℃ 초과 내지 180℃ 범위, 특히 120℃ 내지 160℃ 범위의 온도에서 발생한다. 반응 시간은 시약의 반응성에 따라 수분 내지 수시간이다. MEU에서의 안정화 반응은 하나 이상의 단계(온도 경사)로 수행할 수 있다. 이하에서 본 발명은 어떠한 의도에서도 본 발명 개념의 한정을 강제하지 않고 몇몇 실시예에 의해 더욱 설명한다.
More preferably, stabilization occurs at temperatures in the range above 100 ° C. to 180 ° C., in particular in the range 120 ° C. to 160 ° C. The reaction time is from several minutes to several hours depending on the reactivity of the reagents. The stabilization reaction in the MEU can be carried out in one or more stages (temperature ramp). In the following the invention is further illustrated by some embodiments without forcing any limitation of the concept of the invention.

실시예 1: 펜타에리트리톨 및 트리에틸렌글리콜을 기반으로 하는 폴리에테르 폴리올의 제조Example 1 Preparation of Polyether Polyols Based on Pentaerythritol and Triethylene Glycol

일반 공정General process

중합반응은 진공 부속물과 함께 교반기, 환류 응축기 및 증류 장치가 구비된 4L 유리 플라스크에서 수행했다. 표 2의 양에 따라 펜타에리트리톨, 트리에틸렌 글리콜 및 촉매의 혼합물을 배출시키고, 200 내지 300mbar의 압력에서 180℃로 오일 욕에 의해 점차 가열시켰다. 반응 온도의 증가에 따라, 반응 혼합물을 교반시키고, 물을 증류 시스템으로 제거했다. 증류된 물을 냉각 환저 플라스크에서 수집하고, 칭량하고, 전환을 이론적으로 가능한 완전 전환에 대한 퍼센트로서 측정했다.The polymerization was carried out in a 4 L glass flask equipped with a stirrer, reflux condenser and distillation unit with vacuum appendages. The mixture of pentaerythritol, triethylene glycol and catalyst was drained according to the amounts in Table 2 and gradually heated by an oil bath to 180 ° C. at a pressure of 200 to 300 mbar. As the reaction temperature increases, the reaction mixture is stirred and water is removed with a distillation system. Distilled water was collected in a cold round bottom flask, weighed and the conversion measured as a percentage of the theoretically complete conversion possible.

이어서, 반응 혼합물을 감압하에 냉각시켰다. 중화반응을 위해, KOH를 반응 용액에 첨가했다. 이어서, 혼합물을 제거하고, 냉각시켰다.
The reaction mixture was then cooled under reduced pressure. For neutralization, KOH was added to the reaction solution. Then the mixture was removed and cooled.

실시예 2: 펜타에리트리톨, 트리에틸렌 글리콜 및 네오펜틸 글리콜을 기반으로 하는 폴리에테르 폴리올의 제조Example 2: Preparation of Polyether Polyols Based on Pentaerythritol, Triethylene Glycol and Neopentyl Glycol

중합반응은 진공 부속물과 함께 교반기, 환류 응축기 및 증류 장치가 구비된 4L 유리 플라스크에서 수행했다. 표 2의 양에 따라 펜타에리트리톨, 네오펜틸 글리콜, 트리에틸렌 글리콜 및 촉매의 혼합물을 배출시키고, 200 내지 300mbar의 압력에서 180℃로 오일 욕에 의해 점차 가열시켰다. 반응 온도의 증가에 따라, 반응 혼합물을 교반시키고, 물을 증류 시스템으로 제거했다. 증류된 물을 냉각 환저 플라스크에서 수집하고, 칭량하고, 전환을 이론적으로 가능한 완전 전환에 대한 퍼센트로서 측정했다.The polymerization was carried out in a 4 L glass flask equipped with a stirrer, reflux condenser and distillation unit with vacuum appendages. The mixture of pentaerythritol, neopentyl glycol, triethylene glycol and catalyst was drained according to the amounts in Table 2 and gradually heated by an oil bath to 180 ° C. at a pressure of 200 to 300 mbar. As the reaction temperature increases, the reaction mixture is stirred and water is removed with a distillation system. Distilled water was collected in a cold round bottom flask, weighed and the conversion measured as a percentage of the theoretically complete conversion possible.

이어서, 반응 혼합물을 감압하에 냉각시켰다. 중화반응을 위해, KOH를 반응 용액에 첨가했다. 이어서, 혼합물을 제거하고, 냉각시켰다.
The reaction mixture was then cooled under reduced pressure. For neutralization, KOH was added to the reaction solution. Then the mixture was removed and cooled.

실시예 3: 에톡실화 트리메틸올프로판 및 트리에틸렌 글리콜을 기반으로 하는 폴리에테르 폴리올의 제조Example 3: Preparation of Polyether Polyols Based on Ethoxylated Trimethylolpropane and Triethylene Glycol

중합반응은 진공 부속물과 함께 교반기, 환류 응축기 및 증류 장치가 구비된 4L 유리 플라스크에서 수행했다. 표 2의 양에 따라 에톡실화 트리메틸올프로판, 트리에틸렌 글리콜 및 촉매의 혼합물을 배출시키고, 200 내지 300mbar의 압력에서 180℃로 오일 욕에 의해 점차 가열시켰다. 반응 온도의 증가에 따라, 반응 혼합물을 교반시키고, 물을 증류 시스템으로 제거했다. 증류된 물을 냉각 환저 플라스크에서 수집하고, 칭량하고, 전환을 이론적으로 가능한 완전 전환에 대한 퍼센트로서 측정했다.The polymerization was carried out in a 4 L glass flask equipped with a stirrer, reflux condenser and distillation unit with vacuum appendages. The mixture of ethoxylated trimethylolpropane, triethylene glycol and catalyst was withdrawn in accordance with the amounts in Table 2 and gradually heated by an oil bath to 180 ° C. at a pressure of 200 to 300 mbar. As the reaction temperature increases, the reaction mixture is stirred and water is removed with a distillation system. Distilled water was collected in a cold round bottom flask, weighed and the conversion measured as a percentage of the theoretically complete conversion possible.

이어서, 반응 혼합물을 감압하에 냉각시켰다. 중화반응을 위해, KOH를 반응 용액에 첨가했다. 이어서, 혼합물을 제거하고, 냉각시켰다.The reaction mixture was then cooled under reduced pressure. For neutralization, KOH was added to the reaction solution. Then the mixture was removed and cooled.

본 발명의 생성물은 검출기로서 굴절계를 사용하여 겔 투과 크로마토그래피에 의해 분석했다. 사용된 이동 상은 헥사플루오로이소프로판올(HFIP)이고, 분자량 측정에 사용된 기준은 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)였다. OH 값은 DIN 53240에 따라 측정했다.The product of the present invention was analyzed by gel permeation chromatography using a refractometer as detector. The mobile phase used was hexafluoroisopropanol (HFIP) and the criterion used for molecular weight determination was polymethyl methacrylate (PMMA). OH values were measured according to DIN 53240.

[표 2][Table 2]

공급물 및 최종 생성물Feed and End Product

Figure pct00022
Figure pct00022

TMP × 3EO: 에톡실화 트리메틸올프로판
TMP × 3EO: ethoxylated trimethylolpropane

실시예 4: 본 발명의 안정화의 성능(경로 1)Example 4 Performance of Stabilization of the Invention (Path 1)

바람직하게는 50% 내지 85% 인산 중의 과분지화 폴리에테르의 바람직하게는 1 내지 5중량% 용액(바람직하게는 표 2에 수록된 바와 같이 펜타에리트리톨 및 트리에틸렌 글리콜 기반) 약 800mL를 1000mL 쇼트 듀란(Schott Duran) 유리병에서 제조했다.Preferably about 800 mL of a preferably 1-5% by weight solution of hyperbranched polyether in 50% to 85% phosphoric acid (preferably based on pentaerythritol and triethylene glycol as listed in Table 2) is added to 1000 mL short Duran ( Schott Duran) manufactured in glass bottles.

350㎛(CD114)의 두께, 약 50중량%의 인산 농도 및 폴리아졸 약 5중량%의 고체 함량을 갖는 약 A5 크기의 기준 폴리아졸 막의 조각을 H3PO4 용액에 첨가하고, 과분지화 폴리에테르 1 내지 5중량%와 함께 60℃로 가열했다. 용액에서의 체류 시간은 1시간이었다. 이어서, 막을 용액으로부터 제거하고, 오븐에서 1시간 동안 바람직하게는 120 내지 160℃에서 2개의 지지체 재료 사이를 처리했다. 안정화를 수행한 후, 막을 바람직하게는 15 내지 30분의 기간 동안 50% 인산에 넣었다.
A piece of reference polyazole membrane of about A5 size having a thickness of 350 μm (CD114), a phosphoric acid concentration of about 50% by weight and a solids content of about 5% by weight of polyazole, is added to the H 3 PO 4 solution and hyperbranched polyether Heated to 60 ° C. with 1-5% by weight. The residence time in solution was 1 hour. The membrane was then removed from the solution and treated in the oven for one hour between two support materials, preferably at 120 to 160 ° C. After the stabilization is performed, the membrane is preferably placed in 50% phosphoric acid for a period of 15 to 30 minutes.

실시예 4a) 본 발명의 안정화의 성능(경로 2.1)Example 4a) Performance of Stabilization of the Invention (Path 2.1)

바람직하게는 과분지화 폴리에테르 1 내지 5중량%(바람직하게는 표 2에 수록된 바와 같이 펜타에리트리톨 및 트리에틸렌 글리콜 기반)을, 바람직하게는 99 내지 103% 인산 중의 바람직하게는 고분자량 폴리아졸 2.0 내지 2.5중량%로 이루어진 용액에서 교반시키고, 혼합물을 1시간 동안 교반하면서 바람직하게는 80 내지 120℃에서 가열시켰다.Preferably from 1 to 5% by weight of hyperbranched polyethers (preferably based on pentaerythritol and triethylene glycol as listed in Table 2), preferably high molecular weight polyazole 2.0 in 99 to 103% phosphoric acid Stir in a solution consisting of 2.5% by weight and the mixture is heated at 80-120 ° C., preferably with stirring for 1 hour.

이어서, 반응 용액은, 코팅 나이프를 사용하여, 두께 약 350㎛의 막을 수득하는데 사용한다. 후자는 오븐에서 30분 동안 바람직하게는 120 내지 160℃에서 2개의 지지 재료 사이를 처리한다. 안정화를 수행한 후, 막을 바람직하게는 15 내지 30분의 기간 동안 50% 인산에 넣었다.
The reaction solution is then used to obtain a film of about 350 μm in thickness using a coating knife. The latter is treated in the oven for 30 minutes between two support materials, preferably at 120 to 160 ° C. After the stabilization is performed, the membrane is preferably placed in 50% phosphoric acid for a period of 15 to 30 minutes.

실시예 4b) 본 발명의 안정화의 성능(경로 2.2)Example 4b) Performance of Stabilization of the Invention (Path 2.2)

바람직하게는 과분지화 폴리에테르 1 내지 5중량%(바람직하게는 표 2에 수록된 바와 같이 펜타에리트리톨 및 트리에틸렌 글리콜 기반)을, 바람직하게는 99 내지 103% 인산 중의 바람직하게는 고분자량 폴리아졸 2.0 내지 2.5중량%로 이루어진 용액에서 교반시키고, 혼합물을 1시간 동안 교반하면서 바람직하게는 80 내지 120℃에서 가열시켰다.Preferably from 1 to 5% by weight of hyperbranched polyethers (preferably based on pentaerythritol and triethylene glycol as listed in Table 2), preferably high molecular weight polyazole 2.0 in 99 to 103% phosphoric acid Stir in a solution consisting of 2.5% by weight and the mixture is heated at 80-120 ° C., preferably with stirring for 1 hour.

이어서, 반응 용액은, 코팅 나이프를 사용하여, 두께 약 350㎛의 막을 수득하는데 사용한다. 후자는 바람직하게는 15 내지 30분의 기간 동안 50% 인산에 넣었다. 이어서, 막을 용액으로부터 제거하고, 오븐에서 30분 동안 바람직하게는 120 내지 160℃에서 2개의 지지 재료 사이를 처리한다. The reaction solution is then used to obtain a film of about 350 μm in thickness using a coating knife. The latter is preferably placed in 50% phosphoric acid for a period of 15 to 30 minutes. The membrane is then removed from the solution and treated in the oven for 30 minutes between two support materials, preferably at 120 to 160 ° C.

과분지화 폴리에테르 번호 3(표 1)의 1중량% 사용의 경우, 80℃의 교반 온도 및 160℃의 오븐 온도에서, 하기 특성이 경로 2.2에 의해 달성된다:For the use of 1% by weight of hyperbranched polyether No. 3 (Table 1), at stirring temperatures of 80 ° C. and oven temperatures of 160 ° C., the following properties are achieved by route 2.2:

- 160℃에서 99% 인산에서 막의 비용해,-Cost of membrane from 99 ℃ phosphoric acid, in 160 ℃

- 160℃에서 양성자 전도성: 196.4 mS/cm-Proton conductivity at 160 ℃: 196.4 mS / cm

- 탄성률: 3.5 MPaElastic modulus: 3.5 MPa

- 압축성: 160℃에서 120분후 막 두께의 상대적 감소 30% 이하(베이저 임프린트 시험)Compressibility: Relative decrease in film thickness of 30% or less after 120 minutes at 160 ° C. (Beiger Imprint Test)

과분지화 폴리에테르 번호 2(표 1)의 1중량% 사용의 경우, 85% 인산 및 160℃의 오븐 온도에서, 하기 특성이 경로 1에 의해 달성된다:For 1 wt% use of hyperbranched polyether number 2 (Table 1), at 85% phosphoric acid and an oven temperature of 160 ° C., the following properties are achieved by route 1:

- 160℃에서 99% 인산에서 막의 비용해,-Cost of membrane from 99 ℃ phosphoric acid, in 160 ℃

- 탄성률: 29 MPaElastic modulus: 29: MPa

- 압축성: 160℃에서 120분후 막 두께의 상대적 감소 30% 이하(베이저 임프린트 시험)Compressibility: Relative decrease in film thickness of 30% or less after 120 minutes at 160 ° C. (Beiger Imprint Test)

과분지화 폴리에테르 번호 5(표 1)의 5중량% 사용의 경우, 85% 인산 및 160℃의 오븐 온도에서, 하기 특성이 경로 1에 의해 달성된다:For the 5 wt% use of hyperbranched polyether No. 5 (Table 1), at 85% phosphoric acid and an oven temperature of 160 ° C., the following properties are achieved by route 1:

- 160℃에서 99% 인산에서 막의 비용해,-Cost of membrane from 99 ℃ phosphoric acid, in 160 ℃

- 탄성률: 26 MPaModulus of elasticity: 26 MPa

- 압축성: 160℃에서 120분후 막 두께의 상대적 감소 30% 이하(베이저 임프린트 시험)Compressibility: Relative decrease in film thickness of 30% or less after 120 minutes at 160 ° C. (Beiger Imprint Test)

비교용: 불안정화 폴리아졸-인산 막:Comparative: Unstable Polyazole-Phosphate Membrane:

- 160℃에서 99% 인산에서 막의 비용해,-Cost of membrane from 99 ℃ phosphoric acid, in 160 ℃

- 탄성률: 3.5 MPaElastic modulus: 3.5 MPa

- 압축성: 160℃에서 120분후 막 두께의 상대적 감소 약 80%(베이저 임프린트 시험)
Compressibility: relative reduction in film thickness of about 80% after 120 minutes at 160 ° C. (Beiger Imprint Test)

Claims (15)

I) 반복 단위 중에 적어도 하나의 아미노 그룹을 갖는 적어도 하나의 폴리아졸을, (i) 적어도 하나의 강산 및 (ii) 적어도 하나의 안정화 시약을 포함하는 용액으로 처리하는 단계(여기서, 용액 중의 안정화 시약의 총 함량은 0.01 내지 30중량% 범위이다),
II) 안정화 반응을 직접 수행하고/하거나, 후속 처리 단계에서, 25℃ 초과의 온도로 가열하여 안정화 반응을 수행하는 단계를 포함하고,
상기 안정화 시약으로서 적어도 하나의 고관능성 폴리에테르를 사용하는, 기계적 안정화된 폴리아졸의 제조방법.
I) treating at least one polyazole having at least one amino group in a repeating unit with a solution comprising (i) at least one strong acid and (ii) at least one stabilizing reagent, wherein the stabilizing reagent in the solution Total content of is in the range of 0.01 to 30% by weight),
II) conducting the stabilization reaction directly and / or in a subsequent processing step, carrying out the stabilization reaction by heating to a temperature above 25 ° C.,
A method of making mechanically stabilized polyazoles using at least one high functional polyether as said stabilizing reagent.
제1항에 있어서, 상기 폴리아졸이 적어도 1.8 dl/g의 분자량(고유 점도로서 측정함)을 갖는, 기계적 안정화된 폴리아졸의 제조방법.The method of claim 1, wherein the polyazole has a molecular weight (measured as an intrinsic viscosity) of at least 1.8 dl / g. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 단계(I)의 용액이 적어도 하나의 양성자성 강산, 특히 인산 및/또는 황산에 기초한 양성자성 강산을 포함하는, 기계적 안정화된 폴리아졸의 제조방법.3. The process according to claim 1, wherein the solution of step (I) comprises at least one protic strong acid, in particular protic strong acid based on phosphoric acid and / or sulfuric acid. 제3항에 있어서, 상기 인산이 폴리인산, 포스폰산(H3PO3), 오르토인산(H3PO4), 피로인산(H4P2O7), 트리인산(H5P3O10), 메타인산 및 유도체, 특히 유기 유도체, 예를 들면, 사이클릭 유기인산, 및 이의 유도체, 예를 들면, 산 에스테르를 포함하는, 기계적 안정화된 폴리아졸의 제조방법.The method of claim 3, wherein the phosphoric acid is polyphosphoric acid, phosphonic acid (H 3 PO 3 ), orthophosphoric acid (H 3 PO 4 ), pyrophosphoric acid (H 4 P 2 O 7 ), triphosphate (H 5 P 3 O 10 ), Metaphosphoric acid and derivatives, in particular organic derivatives, such as cyclic organophosphates, and derivatives thereof, such as acid esters. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리에테르가 트리에틸렌 글리콜 및 펜타에리트리톨로부터 제조될 수 있는, 기계적 안정화된 폴리아졸의 제조방법.The process according to any one of claims 1 to 4, wherein the polyether can be prepared from triethylene glycol and pentaerythritol. 제5항에 있어서, 상기 폴리에테르가 몰비 1:10 내지 10:1 범위의 트리에틸렌 글리콜/펜타에리트리톨 혼합물로부터 제조될 수 있는, 기계적 안정화된 폴리아졸의 제조방법.The method of claim 5, wherein the polyether may be prepared from a triethylene glycol / pentaerythritol mixture in a molar ratio of 1:10 to 10: 1. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리에테르가 100g/mol 내지 5000g/mol 범위의 수-평균 분자량을 갖는, 기계적 안정화된 폴리아졸의 제조방법.7. The process of claim 1, wherein the polyether has a number-average molecular weight in the range of 100 g / mol to 5000 g / mol. 8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리에테르가 1000g/mol 내지 100,000g/mol 범위의 중량-평균 분자량을 갖는, 기계적 안정화된 폴리아졸의 제조방법.8. The method of claim 1, wherein the polyether has a weight-average molecular weight in the range of 1000 g / mol to 100,000 g / mol. 9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
a) 반복 단위 중에 적어도 하나의 아미노 그룹를 갖는 적어도 하나의 폴리아졸을 포함하는 필름을 생성하는 단계,
b) 단계(a)로부터의 필름을, (i) 적어도 하나의 강산 및 (ii) 적어도 하나의 안정화 시약을 포함하는 용액으로 처리하는 단계(여기서, 용액 중의 안정화 시약의 총 함량은 0.01 내지 30중량% 범위이다),
c) 단계(b)에서 수득한 막에서 안정화 반응을 직접 수행하거나, 후속 막 처리 단계에서 25℃ 초과의 온도로 가열하여 안정화 반응을 수행하는 단계,
d) 임의로 추가로 단계(c)에서 수득한 막을 강산으로 도핑하거나 존재하는 물을 제거하여 존재하는 강산을 농축시키는 단계를 포함하고,
안정화 시약으로서 적어도 하나의 고관능성 폴리에테르를 사용하는, 기계적 안정화된 폴리아졸의 제조방법.
The method according to any one of claims 1 to 8,
a) producing a film comprising at least one polyazole having at least one amino group in a repeating unit,
b) treating the film from step (a) with a solution comprising (i) at least one strong acid and (ii) at least one stabilizing reagent, wherein the total content of stabilizing reagent in the solution is from 0.01 to 30 weight % Range),
c) performing a stabilization reaction directly on the membrane obtained in step (b) or by heating to a temperature above 25 ° C. in a subsequent membrane treatment step,
d) optionally further doping the membrane obtained in step (c) with a strong acid or removing the water present to concentrate the strong acid present,
A process for preparing mechanically stabilized polyazoles using at least one high functional polyether as a stabilizing reagent.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
A') 오르토인산 및/또는 폴리인산 속에서 반복 단위 중에 적어도 하나의 아미노 그룹을 갖는 적어도 하나의 폴리아졸의 용액 또는 분산액을 제조하는 단계,
B') 단계(A')로부터의 용액 또는 분산액을, (i) 적어도 하나의 강산 및 (ii) 적어도 하나의 안정화 시약을 포함하는 용액과 혼합하는 단계(여기서, 용액 중의 안정화 시약의 총 함량은 0.01 내지 30중량% 범위이다),
C') 단계(B')에서 수득한 용액 또는 분산액에서 안정화 반응을 직접 수행하거나, 후속 처리 단계에서 25℃ 초과의 온도로 가열하여 안정화 반응을 수행하는 단계 및
D') 임의로 추가로 단계(C')에서 수득한 중합체를 강산으로 도핑하거나 존재하는 물을 제거하여 존재하는 강산을 농축시키는 단계를 포함하고,
안정화 시약으로서 적어도 하나의 고관능성 폴리에테르를 사용하는, 기계적 안정화된 폴리아졸의 제조방법.
The method according to any one of claims 1 to 8,
A ') preparing a solution or dispersion of at least one polyazole having at least one amino group in a repeating unit in orthophosphoric acid and / or polyphosphoric acid,
B ') mixing the solution or dispersion from step (A') with a solution comprising (i) at least one strong acid and (ii) at least one stabilizing reagent, wherein the total content of stabilizing reagent in the solution is 0.01 to 30% by weight),
C ') performing the stabilization reaction directly in the solution or dispersion obtained in step (B') or in a subsequent treatment step by heating to a temperature above 25 ° C. and
D ') optionally further comprising doping the polymer obtained in step (C') with a strong acid or removing the water present to concentrate the strong acid present,
A process for preparing mechanically stabilized polyazoles using at least one high functional polyether as a stabilizing reagent.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 수득가능한 적어도 하나의 기계적 안정화된 폴리아졸을 포함하는 막.Membrane comprising at least one mechanically stabilized polyazole obtainable by the process according to claim 1. 제11항에 있어서, 85℃ 내지 120℃의 온도 범위에 걸쳐 99% 인산에서 0.5중량% 미만의 폴리아졸 중합체의 용해도를 갖는, 막.The membrane of claim 11 having a solubility of less than 0.5% by weight polyazole polymer in 99% phosphoric acid over a temperature range of 85 ° C. to 120 ° C. 13. 막 전극 유닛을 제조하기 위한, 제11항 또는 제12항에 따른 막의 용도.Use of the membrane according to claim 11 or 12 for producing a membrane electrode unit. 제11항 또는 제12항에 따른 적어도 하나의 막을 포함하는 막 전극 유닛.A membrane electrode unit comprising at least one membrane according to claim 11. 연료 전지를 제조하기 위한, 제14항에 따른 막 전극 유닛의 용도.Use of the membrane electrode unit according to claim 14 for producing a fuel cell.
KR1020127032362A 2010-05-31 2011-05-30 Mechanically stabilized polyazoles KR20130129328A (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP10164510.9 2010-05-31
EP10164510 2010-05-31
PCT/IB2011/052366 WO2011151775A1 (en) 2010-05-31 2011-05-30 Mechanically stabilized polyazoles

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20130129328A true KR20130129328A (en) 2013-11-28

Family

ID=49856049

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020127032362A KR20130129328A (en) 2010-05-31 2011-05-30 Mechanically stabilized polyazoles

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP2014500567A (en)
KR (1) KR20130129328A (en)
CN (1) CN104080842A (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101763609B1 (en) * 2014-08-13 2017-08-02 한국과학기술연구원 Palladium deposited separation membrane having PBI based membrane support and method for preparing the same
WO2016205973A1 (en) * 2015-06-24 2016-12-29 清华大学 Partiallyfluorinated poly(fluorenyl ether oxadiazole) amphoteric ion exchange membrane and preparation method thereof
WO2016205972A1 (en) * 2015-06-24 2016-12-29 清华大学 Poly(oxadiazole aryl ether-co-bisphenol fluorine) proton exchange membrane and preparation method thereof
CN112956056A (en) 2018-09-14 2021-06-11 南卡罗来纳大学 Low permeability Polybenzimidazole (PBI) membranes for redox flow batteries
JP2022501463A (en) 2018-09-14 2022-01-06 ユニバーシティー オブ サウス カロライナ A novel method for producing PBI films without organic solvents

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000281819A (en) * 1999-01-27 2000-10-10 Aventis Res & Technol Gmbh & Co Kg Production of cross-linked polymer membrane and fuel cell
US20060127435A1 (en) * 1999-07-03 2006-06-15 Termiguard, Inc. Sustained release pest control products and their applications
DE10110752A1 (en) * 2001-03-07 2002-09-19 Celanese Ventures Gmbh Process for the production of a membrane from bridged polymer and fuel cell
DE10140147A1 (en) * 2001-08-16 2003-03-06 Celanese Ventures Gmbh Process for producing a blend membrane from bridged polymer and fuel cell
DE10239701A1 (en) * 2002-08-29 2004-03-11 Celanese Ventures Gmbh Production of polymer membrane, used in membrane electrode unit for fuel cell, uses phosphorus and/or sulfur oxy-acid in liquid for hydrolyzing membrane made by heating mixture of polyphosphoric acid and polyazole or precursors
EP1624512A2 (en) * 2004-08-05 2006-02-08 Pemeas GmbH Long-life membrane electrode assemblies
EP1624511A1 (en) * 2004-08-05 2006-02-08 Pemeas GmbH Membrane electrode assemblies and fuel cells having increased durability
KR100818253B1 (en) * 2005-09-03 2008-04-01 삼성에스디아이 주식회사 Polybenzoxazines, an electrolyte membrane comprising the same and fuel cell employing the electrolyte membrane
DE102006036019A1 (en) * 2006-08-02 2008-02-07 Pemeas Gmbh Membrane electrode assembly and fuel cells with increased performance
US8039166B2 (en) * 2006-12-20 2011-10-18 Samsung Sdi Co., Ltd. Polymer electrolyte membrane for fuel cell, method of manufacturing the same, and fuel cell employing the same
WO2009101141A1 (en) * 2008-02-15 2009-08-20 Basf Se Highly functional polyetherols and the production and use thereof

Also Published As

Publication number Publication date
CN104080842A (en) 2014-10-01
JP2014500567A (en) 2014-01-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100897728B1 (en) A proton-conducting polymer membrane, and an electrode and a fuel cell comprising the same
US7736779B2 (en) Proton-conducting polymer membrane containing polyazole blends, and application thereof in fuel cells
JP5468051B2 (en) Proton conducting membrane and use thereof
US7745030B2 (en) Proton-conducting polymer membrane comprising sulfonic acid-containing polyazoles, and use thereof in fuel cells
KR101023636B1 (en) Membrane electrode unit comprising a polyimide layer
US8765905B2 (en) Proton-conducting membrane and use thereof
JP4537199B2 (en) Proton conducting membrane and use thereof
EP1554032A2 (en) Proton conducting polymer membrane comprising phoshphonic acid groups containing polyazoles and the use thereof in fuel cells
KR20040104621A (en) Multilayer electrolyte membrane
KR101307010B1 (en) Improved membrane electrode units and fuel cells with a long service life
US20080187807A1 (en) Fuel Cells With Reduced Weight and Volume
US20110311901A1 (en) Mechanically stabilized polyazoles
KR101160032B1 (en) A method for using a film containing high-molecular polyazoles and a method for manufacturing a proton-conducting membrane containing high-molecular polyazoles
DE102006042760A1 (en) Process for the preparation of a proton-conducting, polyazole-containing membrane
KR20120047856A (en) Method for the production of a high-molecular polyazole
US8822091B2 (en) Proton-conducting membrane and use thereof
EP2576670A1 (en) Mechanically stabilized polyazoles
KR20130129328A (en) Mechanically stabilized polyazoles
US9006339B2 (en) Mechanically stabilized polyazoles comprising at least one polyvinyl alcohol
EP2804889B1 (en) Proton-conducting membrane, method for their production and their use in electrochemical cells
JP5675832B2 (en) Method for mechanically stabilizing nitrogen-containing polymers
US9997791B2 (en) Membrane electrode units for high temperature fuel cells with improved stability
WO2011003539A1 (en) Method for stabilizing nitrogen-containing polymers
WO2012153172A1 (en) Mechanically stabilized polyazoles containg at least one polyvinyl alcohol
DE10330461A1 (en) Production of polymer membrane, used in membrane electrode unit for fuel cell, uses phosphorus and/or sulfur oxy-acid in liquid for hydrolyzing membrane made by heating mixture of polyphosphoric acid and polyazole or precursors

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid