WO2012055743A1 - Polymers based on polyazoles - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to polymers based on polyazoles, processes for their preparation and their use, in particular for the preparation of polymer electrolyte membranes.
  • Polyazoles especially polybenzimidazole (PBI), as well as membranes and fibers made therefrom, have long been known.
  • Polybenzimidazole is characterized by high thermal and chemical resistance.
  • PBI fibers are therefore used, among other things, for refractory fabrics.
  • Crosslinked polymer films of PBI are used, for example, as semipermeable membranes or as polymer electrolyte membranes for fuel cells.
  • crosslinking often leads to an improvement in the selectivity with simultaneously reduced permeability.
  • US Pat. No. 6,946,015 shows that cross-linking of PBI does not adversely affect the ratio of selectivity to permeability. The C0 2 / CH 4 selectivity decreases in this case in the crosslinked
  • a fuel such as hydrogen gas
  • an oxidant such as oxygen
  • the membrane contains an electrolyte which is permeable to protons but not to the reactive gases.
  • Materials used for this purpose are, for example, perfluorosulfonic acid polymers which are mixed with water. are bulky or basic polymers containing strong acids as a liquid electrolyte.
  • EP-A 787 369 describes a process for preparing proton-conducting polymer electrolyte membranes in which a basic polymer such as polybenzimidazole is doped with a strong acid such as phosphoric acid or sulfuric acid. Since then, numerous similar membranes of various polyazoles or polyazines have been developed for this application.
  • the advantage of a fuel cell with such a membrane is that it can be operated at temperatures above 100 ° C to about 200 ° C, because the polymer is sufficiently stable and the boiling point of the acid is well above 100 ° C.
  • the catalyst activity is increased at the electrodes, reduces the sensitivity of the catalysts against carbon monoxide contamination in the fuel gas and made the waste heat with higher temperature technically better usable.
  • the disadvantage of doping the polymer with a liquid electrolyte is that the mechanical stability of the membrane is considerably reduced. This can be partially compensated by crosslinking of the polymer as described in EP-B 1 165 670. So that the service life is not limited by this networking, there is a requirement that the long-term stability of the crosslinking in the hot and strongly acidic environment of a fuel cell membrane corresponds to the stability of the polybenzimidazole.
  • Polymer electrolyte membranes of PBI are commonly used as described, for example, in Q. Li et al. "High temperature proton ex- change membranes based on polybezimidazoles for fuel cells w, Progress co- using bifunctional reactive additives described in Polymer Science, 34 (2009) p 459 ⁇ 460 valent or ionically crosslinked by additives with polar groups.
  • a solution which contains the basic polymer and a bridging reagent is used and then the bridging is carried out.
  • the main target groups for the bridging reagents are the NH groups of the imidazole.
  • Preferred bridging reagents for a covalent bond are diglycidyl ethers, polyfunctional organic acids or their halides and anhydrides, multiply halogenated organic compounds, dialdehydes or divinyl compounds.
  • Numerous studies show, however, that when using bridging reagents, the long-term stability of the bridging is often lower than that of the thermally and chemically exceptionally stable polyazole. Therefore, the mechanical stability of such a networked membrane can slowly decrease, especially in an aggressive environment such as in a fuel cell.
  • the selection of the polyazole chains bridging groups must therefore be carried out very carefully.
  • the process step necessary for bridging should be cost-effective with as little time and equipment as possible.
  • Rode et al. (Izvestiya Akademii Nauk SSSR, Seriya Khimicheskaya 11, (1968), 2662-2663) describe the reaction of ring nitrogen atoms in PBI with formaldehyde, whereby two imidazole units are linked via a methylene bridge.
  • the present invention relates to polymers based on polyazoles, the at least one group selected from -NR 2 -CRVNR 2 - (I) and
  • R 1 may be the same or different and is hydrogen or hydrogen radicals, the carbon chain may be interrupted by non-adjacent - (CO) -, -O-, -S- or ⁇ NR 4 ⁇ groups and may be substituted by -CN or halogen,
  • R 2 may be the same or different and has the meaning of hydrogen tom or a hydrocarbon radical in which the carbon chain is interrupted by non-adjacent - ⁇ C0) ⁇ , -O-, -S- or -NR 4 groups and - CN or halogen can be substituted, wherein the rest can form a ring with the nitrogen via a further binding site,
  • R 3 has the meaning of hydrogen atom or a hydrocarbon radical in which the carbon chain may be interrupted by non-adjacent - ⁇ CO) -, -O-, -S- or -NR 4 groups and may be substituted by - CN or halogen, wherein the Rest can form a ring with the nitrogen via another binding site, and
  • R 4 may be the same or different and is optionally substituted hydrocarbon radicals
  • radicals R 1 are alkyl radicals, such as the methyl,
  • -Pentyl radical hexyl radicals such as the n-hexyl radical, heptyl radicals such as the n-heptyl radical, octyl radicals such as the n ⁇ octyl radical and iso-octyl radicals such as the 2, 2, 4-trimethylpentyl radical, nonyl radicals such as the n-nonyl radical, decyl radicals such as the n-decyl radical, dodecyl radicals, such as the n-dodecyl radical, and octadecyl radicals, such as the n-octadecyl radical; Cycloalkyl radicals, such as cyclopentyl, cyclohexyl, cyclohephenyl and methylcyclohexyl radicals; Alkenyl radicals such as the vinyl, 5-hexenyl, cyclohexenyl, 1-propenyl
  • R is preferably hydrogen or hydrocarbon radicals having 1 to 20 carbon atoms, particularly preferably hydrogen or alkyl or aryl radicals having 1 to 10 carbon atoms, in particular hydrogen.
  • radicals R 2 and R 3 are the radicals given above for R 1 and divalent radicals, such as the methylene or ethylene radical
  • R and R are, independently of one another, hydrogen, alkyl, cycloalkyl, alkenyl, aryl, alkaryl or arylalkyl radicals having 1 to 20 carbon atoms and also divalent radicals, such as methylene or ethylene radicals, particularly preferably Hydrogen atom or methylene bridges, wherein the hydrocarbon radical can form a ring with the nitrogen via another binding site.
  • radicals R 4 are the radicals given above for R 1 .
  • R is preferably an alkyl, cycloalkyl,
  • Examples of groupings of the formula (I) are -NH-CH 2 -NH-, -N (CH 2 -) -CH 2 -NH-, -N (CHa-) -CH 2 -N (CH 2 -) -, -N (CH 3 ) -CH 2 -NH-,
  • Examples of groupings of the formula (II) are -NH-CH 2 -0-, -N (CH 2 -) -CH 2 -0-, -N (CH 3 ) -CH 2 -O-, -NH-CH ⁇ CH 3 ) -O-,
  • the polymers according to the invention can only have groupings of the formula ⁇ I), only groups of the formula (II) or both groups of the formula (I) and also groups of the formula (II).
  • the polymers according to the invention are preferably those which contain groups of the formula (I) and, if appropriate, also groups of the formula (II), in particular those which contain exclusively groups of the formula (I).
  • the polymers according to the invention are preferred in terms of their polyazole content at 130 ° C. and 1000 hPa in N, -dimethylacetamide. zugt 0 to 20 wt.%, Particularly preferably 0 to 10 wt.%, In particular 0 to 5 wt.%, Soluble.
  • the erfindungsgeraä built polymers are preferably solids of any color at room temperature and the pressure of the surrounding atmosphere.
  • the glass transition point of the polymers according to the invention is preferably above 150 ° C., more preferably above 200 ° C., in particular in the range from 250 ° C. to 500 ° C.
  • the polymers of the invention have the advantage that they are characterized by excellent hydrolysis stability and retain their structural integrity, even when stored in strong acids.
  • the polymers of the invention have the advantage that they have good mechanical stability even at high temperatures.
  • the polymers according to the invention have the advantage that they are long-lasting under the usual conditions for the applications described.
  • Another object of the present invention is a process for the preparation of the polymers according to the invention, in which polyazoles (A), which contain at least one primary or secondary amino group, are reacted with aldehyde reagents (B).
  • component (A) is preferably mixed with (B) and optionally further substances, the mixture is given a mold and reacted, or component ⁇ A) is mixed with optionally further substances mixed, the mixture is given a mold and then doped with (B) and reacted.
  • the polyazoles (A) used according to the invention may be any and all known polyazoles which, in addition to the azole building block, contain at least one further aromatic or heteroaromatic compound.
  • polyazoles (A) used in accordance therewith are those based on building blocks selected from pyrrole, pyrazole, benzpyrazole, oxazole, benzoxazole, thiazole, benzothiazole, imidazole and benzimidazole and additionally aromatic or heteroaromatic groups, such as benzene, naphthalene , Pyridine, pyrimidine or pyrazine groups, wherein the building blocks may be substituted, such as by sulfonic acid, alkyl, alkenyl and fluoroalkyl radicals.
  • the different groups may also be linked via imide, ether, thioether, sulfone or direct C-bonds.
  • polyazoles (A) are all described in Q. Li et al. Progress in Polymer Science, 34, p. 453 (Scheme 1), 455 (Scheme 5, 6), 456 (Scheme 7) and 457 (Scheme 8) "High temperature proton exchange membranes based on polybenzimidazoles for fuel cells". (2009) mentioned polymers, which are to be fenoffenungsgehalt of the present invention.
  • the polyazoles (A) used in accordance with the invention are particularly preferably those which are built up from building blocks selected from imidazole, benzimidazole, pyridine, benzene and naphthalene, the different groups being replaced by imide, ether, sulfone or direct C.sub.2 Bonds are linked and wherein the blocks may be substituted, such as by sulfonic acid, alkyl, alkenyl and Fluoroalkylreste.
  • the polyazoles (A) used according to the invention and processes for their preparation are known. For example, see Q. Li et al. "High temperature proton exchange membranes based on polybenzimidazoles for fuel cells", Progress in Polymer Science, 34, pp. 449-477 (2009).
  • the polyazoles (A) carry as end groups usually those of the monomers used for the preparation, such as amino and / or carboxylic acid groups and / or their esters, or by subsequent chemical reaction any introduced end groups, such as alkyl, aryl , Alkenyl, OH ⁇ , epoxide, keto, aldehyde, ester, thiol, thioester, silyl, oxime, amide TM, imide, urethane TM, and urea groups.
  • end groups usually those of the monomers used for the preparation, such as amino and / or carboxylic acid groups and / or their esters, or by subsequent chemical reaction any introduced end groups, such as alkyl, aryl , Alkenyl, OH ⁇ , epoxide, keto, aldehyde, ester, thiol, thioester, silyl, oxime, amide TM, imide, urethane TM, and urea groups.
  • polyazoles (A) are preferably those having a primary or secondary amino and / or carboxylic acid end groups, particularly preferably NH 2 - and / or COOH end groups, in particular more than 50% of all terminal groups NH 2 radicals are.
  • polyazoles (A) used according to the invention are polybenzimidazoles, as described, for example, in Q. Li et al. "High temperature proton exchange membranes based on polybenzimidazoles for fuel cells", Progress in Polymer
  • Polybenz midazole (A) can be prepared by various and known methods, such as by polymerization of diamonds. minobenzidine and isophthalic acid and / or their esters. Polybenzimidazoles ⁇ A) may contain amino groups and / or carboxylic acid groups and / or their esters as end groups, or end groups introduced by subsequent chemical reaction, such as, for example, alkyl, aryl, alkenyl, OH, epoxide, keto , Aldehyde, ester, thiol, thioester, silyl, oxime, amide, imide, urethane and urea groups.
  • the polyazoles (A) used according to the invention may have a different number of amino and / or carboxylic acid end groups.
  • the polyazoles (A) are particularly preferably those which have at least 3 amino groups of the general formula -NHR 5 (III) per molecule, where
  • R s is a hydrogen atom, a hydrocarbon radical, a - (CO) - OR 6 - group or a - (CO) TM NR 8 R 7 group, wherein the carbon chain by non-adjacent - (CO) -, -O- , -S- or -NR 4 - groups may be interrupted and substituted by -CN or -halogen,
  • R s is a hydrocarbon radical, wherein the carbon chain can be interrupted by non-adjacent - (CO) -, -O-, ⁇ S ⁇ or -NR 4 groups and can be substituted by -CN or -halogen,
  • R 7 is a hydrogen atom or a hydrocarbon radical, wherein the carbon chain can be interrupted by non-adjacent - (CO) -, -O-, -S- or -NR 4 groups and can be substituted by -CN or -halogen, and by R 8 covalently can be connected
  • R 8 is a hydrogen atom or a hydrocarbon radical, wherein the carbon chain is interrupted by non-adjacent - (CO) -, -O-, -S- or -NR groups and with -CN or -halogen may be substituted and may be covalently bonded to R 7 , and
  • R 4 has one of the meanings given above.
  • examples of radical R s are the radicals given above for radical R 1 above.
  • the radical R is preferably hydrogen, in order to
  • the polyazoles (A) used according to the invention have an inherent viscosity of preferably> 0.1 dl / g, particularly preferably from 0.1 to 2.5 dl / g, in particular from 0.3 to 1.5 dl / g, in each case measured on a 0.4% w / v solution, ie 0.4 g / 100 ml, of polyazole in H 2 SO (95-97% by weight) with an Ubbelohde viscometer at a temperature of 25 ° C and a pressure of 1000 hPa.
  • the component (A) used according to the invention has a molecular weight Mw of preferably 1,000 to 300,000 g / mol, particularly preferably 4,000 to 150,000 g / mol, in each case measured as absolute molar mass by GPC coupled with static light scattering ⁇ eluent: DMAc mixed with 1 wt.% LiBr).
  • (A) is poly-2,2 ! - (m-phenylene) -5, 5'-dibenzimidazole having on average per molecule at least 3 amino end groups of the formula (III) and an inherent viscosity of 0.3 to 1.5 dl / g measured on a
  • the aldehyde reagents (B) used according to the invention may be any and all known aldehyde reagents.
  • aldehyde reagents (B) are preferably used according to the invention are e.g. at 20 ° C and the pressure of the surrounding atmosphere, ie between 900 and 1100 hPa, monomeric forms of formaldehyde, such as formaldehyde gas and aqueous or organic solutions of aldehydes, as well as formaldehyde in condensed form such as paraformaldehyde, Trio TM xan or other aldehyde condensates.
  • the aldehyde (B) may also be present in latent form and only be released in the reaction according to the invention. There are, for example, all previously known aldehyde-releasing agents.
  • the aldehyde reagent (B) used in accordance with the invention may be gases, liquids or solids.
  • the aldehyde reagents are gaseous, they are preferably pure gases, such as formaldehyde gas, or mixed with inert gases, such as argon or nitrogen. If a gas mixture (B) is used, it preferably contains more than 5% by weight of aldehyde mixed with an inert gas. The gas mixture (B) preferably contains 0 to
  • the aldehyde reagents (B) used in the process according to the invention are solids, they are preferably used as the solution.
  • Preferred solvents are liquids which at 20 ° C and 1013 hPa 1 to 50 wt.% AI- dissolve dehydreagenz, and are compatible with the process conditions.
  • particularly preferred solvents for preparing the aldehyde solutions ⁇ B) are water, polar aprotic solvents, such as N, N-dimethyacetamide, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide and N-methylpyrrolidone, as well as orthophosphoric acid and polyphosphoric acid.
  • Aqueous stabilizers (B) may be added as stabilizer alcohols, such as methanol.
  • Particularly preferred aqueous aldehyde solutions (B) are formalin solutions which preferably contain 10 to 50% by weight of formaldehyde, 3 to 20% by weight of methanol and 30 to 87% by weight of water.
  • aldehyde reagents (B) used in the process according to the invention are solids, they can also be added directly as a solid to a solution which contains the polyazoles (A) used according to the invention and optionally further constituents.
  • Component (B) is preferably formaldehyde, paraformaldehyde or trioxane, if appropriate in a mixture with inert gas or a solvent.
  • the aldehyde reagent (B) is preferably used in an amount such that the molar ratio of aldehyde groups in (B) to primary or secondary amino groups in component (A) is between 0.1 and 10, more preferably between 0 , 5 and 8, in particular between 1 and 5.
  • solvents (C) and further components (D) which are different from components (A) and (B) can be used in the process according to the invention.
  • solvents (C) which may optionally be used according to the invention are all polar aprotic solvents which do not react with the further mixture constituents (A) under the process conditions, and acids and in particular polyacids, provided that the polyazole (A) is more adequate for the process Solve the quantity.
  • solvent (C) are N, N-dimethylacetamide, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, N-methylpyrrolidone and polyphosphoric acid, with N, N-dimethylacetamide and polyphosphoric acid being particularly preferred.
  • Polyphosphoric acid is often used as a solvent already in the preparation of polyazoles, so that polyazole (A) in the process according to the invention may optionally already be used in admixture with polyphosphoric acid, if not previously separated in the preparation of the polyazole, in which case the polyphosphoric acid the component (C) corresponds.
  • solvent does not mean that all components of the mixture must dissolve completely in it.
  • further constituents (D) can now be used in the process according to the invention.
  • the optionally used further constituents (D) can be any desired and previously known substances, as described, for example, in US Pat. also been used in connection with polyazoles.
  • the optionally used further substances (D) preferably contain no groups reactive toward NH or primary or secondary amino groups.
  • it can also be chemical Compounds are used, which are covalently incorporated into the Hetzwerk for example, contained therein NH or OH groups. Examples of such compounds are alcohols which carry at least two OH groups and which, together with the aldehyde reagents (B), lead to NCO bridges of the formula (II) between the polyazoles.
  • optionally used further substances (D) are additives which increase the crosslinking density; Filler, for example, change the mechanical properties or the absorption capacity for a liquid electrolyte in the polymer film according to the invention; Fabrics that are removed after film formation and leave pores in the film; Low concentration additives that can serve to modify the properties of the surface of the polymer film, such as surface tension; Additives that improve the durability of the mixture or the film; or additives that serve process optimization.
  • additives which increase the crosslinking density, (D) are low molecular weight or polymeric crosslinker building blocks or particles which are not based on polyazoles and which carry more than one amino group or hydroxyl group.
  • Examples of preferred low molecular weight crosslinker building blocks (D) are di-, tri- and tetrahydroxy compounds, such as ethylene glycol, dihydroxybenzene, glycerol, trihydroxybenzene and pentaerythritol, or compounds having more than two amino groups, such as diaminobenzidine or melamine.
  • An example of a compound having NH and OH groups is hydroxyanil.
  • Examples of fillers (D) are polymers which are not based on polyazoles having amino groups, or inorganic components such as metal oxides. Examples of optionally used as fillers polymers (D) are
  • Polyolefins such as polyethylene, polypropylene, polyisobutylene, polynorbornene, polymethylpentene, poly (1,4-isoprene), poly (3,4-isoprene), poly (1,4-butadiene), poly (1,2-butadiene),
  • Styrene ⁇ co polymers such as polystyrene, poly (methylstyrene),
  • N-basic polymers such as polyvinylcarbazole, polyethylenimine, poly ⁇ 2-vinylpyridine ⁇ , poly (3-vinylpyridine), poly (4-vinylpyridine),
  • Polyethersulfones such as polysulfone, polyphenylsulfone, polyether-ether sulfone, polyethersulfone PES, polyphenylene ethers such as poly (2,6-dimethyloxyphenylene), poly ⁇ 2,6-diphenyloxyphenylene), polyphenylene sulfide and
  • inorganic components (D) which may be used as fillers are silicon oxides, silicates such as framework or layer silicates or silicic acids, zeolites, aluminosilicates, titanium oxides, titanates, zirconium oxides, zirconium phosphates and heteropolyacids such as tungstophosphoric acid.
  • These inorganic components (D) may also be in the form of particles which may be mesoporous and may be modified on the surface or in the pores by functional inorganic or organic groups such as, for example, sulfone, phosphono, amino or imidazole groups.
  • the polymeric and inorganic components ⁇ D) listed above may be endowed with OH groups and / or primary or secondary amino groups to later enable covalent crosslinking with component (A).
  • component (A) for example, particles whose surfaces are functionalized with NH or OH groups are integrated into the polymer network.
  • pore formers (D) are ammonium salts or salts of alkali metals and alkaline earth metals, esters of mono- and dicarboxylic acids, esters of phosphoric acid, esters of saccharides and fatty acids, alkanols, glycols, polydialkylsiloxanes, phenyl / alkylsiloxanes, cyclic siloxanes or Organosilanes.
  • additives (D) are surfactants, adhesion promoters or preservatives substances.
  • additives (D) used for process optimization are catalysts, initiators or stabilizers.
  • the components used according to the invention may each be one type of such a component as well as a mixture of at least two types of a respective component.
  • the process of the invention is preferably carried out at the pressure of the surrounding atmosphere, ie 900 to 1100 hPa.
  • the process according to the invention is preferably carried out at temperatures in the range from 10 ° C. to 300 ° C., particularly preferably from 20 ° C. to 200 ° C.
  • Any desired shaped articles can be produced by the process according to the invention, such as solid blocks, woven fabrics, nonwovens, textiles, coatings, films or fibers, films being preferred.
  • variant 1 A preferred variant of the process according to the invention (variant 1) is characterized in that
  • the mixture obtained in the first step is shaped, preferably applied to a support
  • variant 2 is characterized in that
  • the mixture obtained in the first step is shaped, preferably applied to a support
  • the mixture according to the first step of variants 1 and 2 according to the invention preferably contains at least 1% by weight, more preferably at least 5% by weight, in particular at least 10% by weight, of polyazole (A).
  • the mixture preferably contains at most
  • polyazole (A) 90% by weight, particularly preferably at most 70% by weight, in particular at most 50% by weight, of polyazole (A).
  • the mixture according to the first step of variants 1 and 2 according to the invention contains solvent (C) in amounts of preferably 10 to 99% by weight, more preferably 30 to 95% by weight, in particular 50 to 90% by weight.
  • component (D) is used in the first step of variants 1 and 2 according to the invention, these are amounts of preferably 1 to 200 parts by weight, more preferably 10 to 100 parts by weight, in each case based on 100 parts by weight of component (A). Preferably, no component (D) are used.
  • the mixture according to the first step of Variants 1 and 2 according to the invention preferably contains no further substances beyond components (A), (B), (C) and (D).
  • the mixture according to the first step of the variants 1 and 2 according to the invention can be prepared by any known methods, such as by simply mixing the individual components and optionally stirring, preferably polyazole (A) with solvent (C) to a premix (M ) and then the remaining ingredients are added in any order to this premix.
  • the other constituents, such as the aldehyde reagent (B) used in variant 1 or optionally used further substances (D) can be separately dissolved in one part of the solvent (C) and subsequently added to the premix (M).
  • the mixture is preferably stirred until the polyazole (A) is preferably more than 90% by weight, particularly preferably completely, in the solvent ( C) has solved. Thereafter, optionally used aldehyde reagents (B) or further substances (D) can be added. If desired, proportions of component (A), (B)
  • This premix (M) in the first step according to the invention is carried out at temperatures of preferably 50 to 350.degree. C., particularly preferably 100 to 300.degree. C., in particular 150 to 250.degree.
  • the addition of the optionally remaining constituents to the premix (M) in the first step of variants 1 and 2 according to the invention can be carried out at the temperatures at which the premix (M) was prepared or at higher or lower temperatures, wherein the aldehyde reagent (B) before - added at low temperatures, such as 10 to 40 ° C, to avoid premature reactions.
  • the first step of the invention is preferably carried out in the variants 1 and 2 at the pressure of the surrounding atmosphere, ie 900 to 1100 hPa. It can also be performed at lower or higher pressures.
  • the first step of variants 1 and 2 according to the invention is preferably carried out in an inert gas atmosphere, such as under argon or nitrogen purge.
  • the first step of variants 1 and 2 according to the invention can be carried out continuously or batchwise.
  • the mixture according to the first step of variants 1 and 2 according to the invention is preferably a solution, a suspension or a paste.
  • the polyazole (A) and optionally used aldehyde reagents (B) and / or further substances (D) are dissolved in the solvent (C). in the
  • particles of the polyazole (A), the optionally used aldehyde reagents (B) and / or the other substances (D) are dispersed in the solvent used as the continuous phase.
  • the mixture of the first step is particularly preferably a solution, in particular having a honey-type viscosity.
  • the application of the mixture obtained in the first step of the invention on a support can be carried out with all suitable, previously known discontinuous and continuous application methods.
  • the application is carried out by pouring out the mixture on a planar substrate, by application with a roller or slot die, through the doctor blade. process or spin coating.
  • the chosen application method also depends on the desired layer thickness of the dry polymer film according to the third step of variants 1 or 2 according to the invention.
  • Examples of carriers which can be used in the second step of variants 1 and 2 according to the invention are all previously known carriers which are well wetted by the mixtures according to the invention, are largely resistant to the components contained in the mixtures and have dimensional stability in the temperature range used.
  • Examples of such carriers are polymer films such as poly (ethylene terephthalate), polyimide, polyethyleneimide, polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride films, metal surfaces such as stainless steel strips, glass surfaces and siliconized papers.
  • carriers are preferred which are chemically inert to the mixture according to the first step of variants 1 and 2 according to the invention.
  • the application can also be carried out on a functional carrier, which is part of the respective application.
  • a functional carrier which is part of the respective application.
  • the mixture may be applied to an open-pored film or backing fabric.
  • the mixture can be applied directly to the gas diffusion layer or the electrode thereon.
  • the carriers used are preferably those which are wetted by the mixture according to the first step of variants 1 and 2 according to the invention, the contact angle being of the mixture on the carrier is preferably less than 90 °, particularly preferably less than 30 °, in each case measured with inert gas as the surrounding phase.
  • the second step according to the invention can be carried out continuously or discontinuously in variants 1 and 2.
  • polymer films such as poly (ethylene terephthalate) films or metal strips such as stainless steel are preferably used.
  • glass plates are preferably used.
  • the second step of variants 1 and 2 according to the invention is preferably carried out at the pressure of the surrounding atmosphere, ie 900 to 1100 hPa. It can also be performed at lower or higher pressures.
  • the second step of variants 1 and 2 according to the invention is preferably carried out at temperatures below the boiling point of the solvent (C), particularly preferably in the temperature range from 10 to 80 ° C., in particular 15 to 40 ° C. If a polyacid is used as the solvent ⁇ C), the application of the solvent
  • the second step of variants 1 and 2 according to the invention is preferably carried out in air in a low-dust environment or in a clean room environment, which helps to ensure a constant film quality.
  • the solvent which can optionally be removed in the third step of variants 1 and 2 according to the invention is solvent (C) and optionally solvent contained in the aldehyde reagent. If the mixture from the first step also contains a polar aprotic solvent (C), this is preferably completely or partially removed in the third step. If the mixture from the first step contains a polyacid as solvent (C), it preferably remains in the film and is optionally later converted into an acid by hydrolysis.
  • the customary processes known from the prior art for drying can be used.
  • the polymer film is preferably heated to the extent that the solvent or solvent mixture escapes without forming gas bubbles in the film.
  • the drying of the film in the third step of variant 1 according to the invention is preferably carried out at temperatures below the
  • Boiling point of the solvent (C) carried out preferably at 40 to 150 ° C, more preferably at 60 to 130 ° C, in particular at temperatures at which a crosslinking reaction is not or only delayed takes place. Drying can be accelerated by reducing the ambient pressure below 900 hPa. By subsequently increasing the temperature to preferably not more than 250 ° C., more preferably not more than 200 ° C., the reaction of the polyazole (A) with the aldehyde reagent (B) can be started or accelerated.
  • aldehyde reagent (B) is added so as to allow the reaction of the polyazole (A) with the aldehyde reagent (B), wherein the optionally carried out drying before or after the addition of component (B). If, in the third step of process variant 2, solvent is to be removed completely or partially, this is preferably carried out before addition of aldehyde reagent (B).
  • the drying of the film in the third step of variant 2 of the invention is preferably carried out at temperatures of 40 to 250 ° C, more preferably at 80 to 200 ° C, in particular at 80 to 150 ° C. By reducing the ambient pressure below 900 hPa, drying can be accelerated. If the film is to be dried only after the addition of component (B), which is not preferred, rather low temperatures are selected at which a crosslinking reaction is not or only delayed takes place.
  • aldehyde reagent (B) is added, for example by immersion, spraying or by gassing of the polymer film obtained in the second step, if appropriate after preceding drying. Subsequently, the crosslinking reaction can be accelerated by raising the temperature to preferably not more than 250 ° C., more preferably not more than 200 ° C.
  • the optionally completely or partially dried film is immersed on the support or as a self-supporting film in a bath containing an aldehyde reagent (B) (variant 2a), or it is dissolved in a formaldehyde gas containing atmosphere (variant 2b).
  • a bath according to variant 2a preferably contains an aqueous solution with 10 to 50% by weight of aldehyde, which is optionally stabilized with alcohol.
  • the bath may also contain an acid such as orthophosphoric acid, contain.
  • Immersion in the bath may be carried out in an inert gas atmosphere, such as under argon or nitrogen purge, or even in the presence of oxygen, for example in air.
  • the atmosphere containing formaldehyde gas preferably consists of more than 5% by weight of formaldehyde in one
  • Inert gas such as argon or nitrogen, and preferably contains 0 wt.% To 0.01 wt.% Of oxygen, and more preferably no oxygen.
  • Storage in a formaldehyde gas-containing atmosphere may also be carried out after the film has been wholly or partially dried and then doped with a strong acid such as orthophosphoric acid.
  • the necessary duration of treatment of the film with aldehyde reagents (B) in the third step of variant 2 according to the invention is determined by the rate of diffusion of the aldehyde reagent into the film and can not be stated as a whole.
  • the optimum duration can be determined experimentally depending on the temperature, the concentration of the aldehyde in the bath or the atmosphere and the material composition and thickness of the film.
  • the reaction according to the invention in the third step of variants 1 and 2 is preferably carried out in an inert gas atmosphere, such as under argon or nitrogen purge, but can also be carried out in the presence of oxygen, for example in air, if no formaldehyde gas (B ) is used.
  • the substeps carried out in air in the third step of process variants 1 and 2 according to the invention are carried out in a low-dust environment or in a clean room environment. leads, which helps to ensure a constant film quality.
  • the desired thickness of the polymer film after the third step depends on the requirements of the particular application. As semipermeable membranes thin layers between 1 and 20 ⁇ are preferred, especially when the film is mechanically supported by a porous support. As a self-supporting film, such as when used as a polymer electrolyte membrane, the thickness of the dry polymer film is preferably between 20 and 200 ⁇ . If the polymer film contains polyphosphoric acid after the third step, the film thickness is preferably between 30 and 500 ⁇ m. In the third step of process variants 1 and 2 according to the invention, preference is given to producing polymer films having a thickness of from 1 to 500 .mu.m, more preferably from 5 to 200 .mu.m.
  • the polymer film As soon as the polymer film has sufficient mechanical stability, it can be detached from the carrier. This can be done after completion of the third step or after the optional drying in the third step.
  • the polymer film may also remain on the support if desired for the application.
  • the heating of the polymer film in the third step of process variants 1 and 2 according to the invention can be carried out by any desired methods known hitherto, for example in a hot-air oven or by contact with hot surfaces.
  • the third step according to the invention of variant 1 as well as variant 2 can be carried out at different pressures. the, preferably at the pressure of the surrounding atmosphere, ie at 900 to 1100 hPa.
  • the third step according to the invention can be carried out continuously or discontinuously. If the third step according to the invention is to be carried out continuously, for example, a drying oven or heated rolls / belts, e.g. made of stainless steel or sintered metal, or a floating dryer can be used.
  • a drying oven or heated rolls / belts e.g. made of stainless steel or sintered metal, or a floating dryer can be used.
  • polymer films are now obtained which, in addition to the polyazoles, optionally have a residual amount of solvent and also all other substances.
  • the quality of crosslinking of the polymer films obtained can be determined by determining the in N, N
  • Dimethylacetamide soluble proportions of polyazole in the polymer film can be assessed.
  • the aldehyde reagent (B) is preferably introduced in the first step into a mixture with the polyazole (A), that is to say variant 1 is preferably carried out.
  • the aldehyde reagent (B) according to process variant 2 can also be supplied in the third step, for example by immersion or spraying with a solution containing an aldehyde reagent, or by gassing with formaldehyde.
  • the method according to the invention has the advantage that it is easy to carry out.
  • the process according to the invention has the advantage that it can be carried out under mild temperature conditions and thus subsequent embrittlement of the polymers is avoided. Also, the choice of other materials (D) for modifying the film properties is less limited than a process in which the films are subjected to severe thermal stress.
  • the method according to the invention has the advantage that it allows a hydrolytically and oxidatively stable crosslinking based on a simple and inexpensive crosslinker.
  • the procedure can be customized depending on the desired end product and preferred production management.
  • the polymer films according to the invention or produced according to the invention can now be used for all purposes for which polymer films have hitherto also been used.
  • the polymer film according to the invention can be modified in further process steps by methods known per se.
  • the polymer film obtained in the third step of process variants 1 and 2 can be doped with a strong acid in a further step, if appropriate, unless it has already been used as solvent in a preceding process step.
  • strong acids should here acids with a pK s of preferably less than 4 are understood. It is also possible to have one such further Verfhenens Colour to summarize with the third step of the process variant 2 and so for example to introduce the aldehyde reagent (B) together with a strong acid in the polymer film.
  • Another object of the invention are polymer electrolyte membranes of polymers based on polyazoles, the at least one group selected from
  • Another object of the present invention is a process for the preparation of polymer electrolyte membranes, characterized in that polyazoles (A) containing at least one primary or secondary amino group are reacted with aldehyde reagents (B) and then in a doping step with a strong acid can be doped.
  • doping in the doping step optionally carried out is preferably carried out below 200 ° C., more preferably at 20 to 160 ° C., in particular 35 to 130 ° C.
  • the polymer film according to the invention is immersed in a highly concentrated strong acid over a period of preferably not more than 5 hours and more preferably 1 minute to 1 hour, with a higher temperature shortening the immersion time.
  • the amount of acid used in the doping step optionally carried out in this variant is usually from 5 to 10,000 times, preferably from 6 to 5,000 times, more preferably from 6 to 1,000 times, in each case based on weight of the polymer (A) in the polymer film.
  • a strong acid may be metered onto the polymer film and the film heated until the film has completely absorbed the acid.
  • the amount of acid used in the doping step which may optionally be carried out according to the invention in this variant is usually 2 to 10 times, preferably 3 to 8 times, in each case based on the weight of the polymer film.
  • the polymer film is pressed between two acid-impregnated gas diffusion electrodes for the production of a membrane electrode assembly.
  • the amount of acid used in the doping step optionally carried out according to the invention in this variant is usually 2 to 10 times, preferably 3 to 8 times, in each case based on the weight of the polymer film.
  • strong acids in the doping step according to the invention are protic strong acids, such as phosphorus-containing acids and sulfuric acid.
  • phosphorus-containing acids is understood as meaning polyphosphoric acid, phosphonic acid (H 3 PO 3 ), orthophosphoric acid
  • the polymer in the film according to the invention can be impregnated with a larger number of molecules of strong acid with increasing concentration of the strong acid
  • the phosphorus-containing acid in particular orthophosphoric acid, preferably has a concentration of at least 70% by weight and more preferably at least 85% by weight. % in water.
  • the optionally performed doping step according to the invention is carried out at the pressure of the surrounding atmosphere, ie 900 to 1100 hPa. It can also be performed at lower or higher pressures.
  • the polymer electrolyte membrane obtained according to the invention in the doping step is proton-conducting and can therefore be used preferably as an electrolyte for fuel cells or electrolysis cells.
  • the polymer electrolyte is not limited to the use for cells, but can also be used, for example, as the electrolyte for a display element, an electrochromic element or various sensors.
  • Each individual cell in a fuel cell usually contains a polymer electrolyte membrane according to the invention and two
  • Electrodes between which the polymer electrolyte membrane is sandwiched Each have one catalytically active layer and a porous gas diffusion layer.
  • Another object of the invention is the use of the invention or inventively produced polymer electrolyte membranes for the production of membrane electrode assemblies for fuel cells or electrolysis cells.
  • Another object of the invention is a membrane-electrode assembly containing at least one electrode and at least one inventive or inventively prepared polymer electrolyte membrane.
  • the polymers and polymer films according to the invention have the advantage that they have high mechanical stability and excellent long-term thermal and chemical stability. Especially when using polyazoles having predominantly amino groups as end groups which are crosslinked via these end groups, particularly homogeneous and flexible films are obtained.
  • the invention therefore also relates to the use of the polymer films according to the invention or the polymer films produced according to the invention as a semipermeable membrane for the separation of liquids and gases. Because of the high temperature or corrosion resistance, the polymers of the invention are also particularly suitable for the production of coatings, fibers, fabrics, nonwovens or textiles, where these properties are required. To the known processes for the production of fibers include, in particular, spinning or extrusion.
  • a carrier is used in the second step of the process according to the invention which is not removed after the third step according to the invention, for example a woven, non-woven or textile, a coating is obtained. Preference is given to those substrates which allow covalent attachment of the coating to the substrate by the aldehyde reagent (B) due to the presence of hydroxyl or amino groups.
  • Inherent viscosity was measured in the following examples as follows: The polymer is first dried at 160 ° C for 2 h, 400 mg of the thus dried polymer are then dissolved for 4 hours at 80 ° C in 100 ml of concentrated sulfuric acid (concentration 95- 97 wt.%). The inherent viscosity is made from this 0.4% (w / v) solution according to ISO 3105 with an Ubbelohde
  • Viscometer determined at a temperature of 25 ° C.
  • solubility of the polyazole portion of the polymer films produced was determined in the following examples as follows ⁇ "Solubility Test"):
  • the membrane piece is dried at 150 ° C, weighed and extracted for one hour at 130 ° C and 1000 hPa in N, N-dimethylacetamide. Thereafter, the membrane is again dried at 150 ° C to constant weight and then weighed.
  • the hydrolysis stability of the polymer films produced was determined in the following examples as follows:
  • An approximately 2 cm 2 sample of the finished film is stored in 100 ml of 85% orthophosphoric acid in a closed glass vessel at 150 ° C for 240 h. After the test, the condition of the samples is assessed visually.
  • the polybenzimidazole thus prepared had an inherent viscosity of 0.70 dl / g.
  • the solution was applied at room temperature by means of a film-drawing device with a gap of 0.4 mm to a polyethylene terephthalate (PET) support film having a thickness of 0.175 mm (commercially available under the trade name "Melenex O” from Pütz GmbH, Germany). Thereafter, the film was heated for 6 hours at 130 ° C. in a circulating-air drying oven, then separated from the carrier film and then heated for a further 6 hours at 180 ° C. in a circulating air drying oven The thickness of the film thus obtained was 30 to 35 ⁇ m.
  • PET polyethylene terephthalate
  • the solution was applied at room temperature by means of a film applicator (0.4 mm gap height) on a carrier film of polyethylene terephthalate (PET) with a thickness of 0.175 mm (commercially available under the trade name "Melinex 0 at Pütz GmbH, Germany). After drying (each 10 minutes at 80 ° C, 100 ° C and 30 min at 150 ° C), the film was separated from the carrier film. Subsequently, the film was heated in a convection oven for 2 h in 200 ° C hot air. The film thickness was 30 to 35 ⁇ m.
  • PET polyethylene terephthalate
  • the phosphoric acid was removed again to be able to carry out a solubility test according to the method described above.
  • the sample was first washed in water, then in aqueous Na 2 C0 3 solution and finally again in water, dried and weighed.
  • the weight loss after one hour in 130 ° C hot N, N-dimethylacetamide was 5%.
  • the hydrolysis test in 150 ° C hot phosphoric acid showed that although the film swells, but otherwise retains its shape.
  • the phosphoric acid was removed again to be able to carry out a solubility test according to the method described above.
  • the sample was first washed in water, then in aqueous Na 2 C0 3 solution and finally again in water, dried and weighed.
  • the weight loss after one hour in 130 ° C hot N, N ⁇ Dirnethylacetamid was 2%.
  • the hydrolysis test in 150 ° C hot phosphoric acid showed that although the film swells, but otherwise retains its shape.
  • the phosphoric acid was removed again to be able to carry out a solubility test according to the method described above.
  • the sample was first washed in water, then in aqueous Na 2 C0 3 solution and finally again in water, dried and weighed.
  • the weight abnähme after one hour in 130 ° C hot N, -Dimethylacetamid was 3.
  • the hydrolysis test in 150 ° C hot phosphoric acid showed that although the film swells, but otherwise retains its shape.
  • the phosphoric acid was removed again to be able to carry out a solubility test according to the method described above.
  • the sample was first washed in water, then in aqueous Na 2 C0 3 solution and finally again in water, dried and weighed.
  • the weight loss after one hour in 130 ° C hot N, -Dimethylacetamid was 5%.
  • the hydrolysis test in 10% phosphoric acid showed that the film swells, but otherwise retains its shape.
  • film 6a The film thus obtained will hereinafter be called film 6a.
  • Example 7 Doping a membrane with phosphoric acid and determining the
  • the membrane impedance was determined.
  • the sample geometry thickness, area yields a membrane conductivity of 5 S / m at 150 ° C.
  • the 6 x 6 cm 2 piece of the swollen with phosphoric acid membrane of Example 7 was so between two commercially he " privacyliche gas diffusion electrodes (each 3.0 mg / cm 2 platinum loading Fa. Johnson Matthey, Type 3 mg Pt Blk, no electro lyte, on Toray TGP-H-090, U) that the platinum catalyst layers contacted the membrane.
  • This membrane-electrode assembly was allowed to stand for 4 hours between plane-parallel plates a temperature of 160 ° C and a force of 1.3 kN compressed to a membrane-electrode assembly.
  • Example 8 The membrane electrode assembly of Example 8 was installed in a conventional arrangement in a test cell ⁇ quickCONNECT F25 Fa. Baltic-FuelCells GmbH, Germany) and sealed with a pressing force of 3.5 kN. The operation of the test cell was carried out on a MILAN test stand of the company.
  • Magnum Fuel Cell AG, Figure 1 shows the course of the current-voltage curve at 160 ° C. The gas flow for hydrogen was 196 nml / min and for air
  • Example la The procedure described in Example la was repeated with the modification that no paraformaldehyde was added.
  • the thickness of the film thus obtained was 30 to 35 ⁇ m.
  • the polybenzimidazole thus prepared had an inherent viscosity of 0.43 dl / g. b) Preparation and characterization of a film of carboxylic acid-terminated polybenzimidazole and aldehyde reagent in the solution
  • the solution was applied to a 0.755 mm (Melinex O, 0.175 mm) PET support film using a 0.4 mm gap film applicator. Thereafter, the film was heated for 6 hours at 130 ° C. in a circulating air drying cabinet, then separated from the carrier film and then heated for a further 6 hours at 180 ° C. in a circulating air drying cabinet.
  • the thickness of the film thus obtained was 30 to 35 ⁇ .
  • the polybenzimidazole thus prepared had an inherent viscosity of 0.497 dl / g.
  • the solution was applied by means of a 0.4 mm gap film applicator to a PET support film having a thickness of 0.175 mm (Melinex O, 0.175 mm). Thereafter, the film was heated for 6 h at 130 ° C in a circulating rocker cabinet, then separated from the carrier film and then heated for a further 6 h at 180 ° C in a convection oven. The thickness of the film thus obtained was 30 to 35 ⁇ m.

Abstract

The invention relates to polymers based on polyazoles, containing at least one grouping selected from formulas (I) and (II), wherein the groups and indices have the meanings indicated in claim 1, with the proviso that nitrogen must not be the aromatic ring ring-forming element in formulas (I) and (II). The invention also relates to methods for producing and using said polymers, in particular for preparing polymer electrolyte membranes.

Description

Polymere auf der Basis von Polyazolen Polymers based on polyazoles
Die Erfindung betrifft Polymere auf der Basis von Polyazolen, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung, insbeson- dere zur Darstellung von Polymerelektrolytmembranen. The invention relates to polymers based on polyazoles, processes for their preparation and their use, in particular for the preparation of polymer electrolyte membranes.
Polyazole, insbesondere Polybenzimidazol (PBI) , sowie daraus hergestellte Membranen und Fasern sind seit langem bekannt. Polybenzimidazol zeichnet sich durch eine hohe thermische und chemische Beständigkeit aus. Fasern aus PBI werden deshalb u.a. für feuerfeste Gewebe verwendet. Vernetzte Polymerfilme aus PBI werden beispielsweise verwendet als semipermeable Membranen oder als Polymerelektrolytmembranen für Brennstoffzellen. Bei Polymermembranen zur Gastrennung führt eine Vernetzung häufig zu einer Verbesserung der Selektivität bei gleichzeitig reduzierter Permeabilität. In US-BB 6,946,015 wird jedoch gezeigt, dass sich die Vernetzung von PBI nicht nachteilig auf das Verhältnis von Selektivität zur Permeabilität auswirkt. Die C02/CH4-Selektivität nimmt in diesem Fall bei der vernetztenPolyazoles, especially polybenzimidazole (PBI), as well as membranes and fibers made therefrom, have long been known. Polybenzimidazole is characterized by high thermal and chemical resistance. PBI fibers are therefore used, among other things, for refractory fabrics. Crosslinked polymer films of PBI are used, for example, as semipermeable membranes or as polymer electrolyte membranes for fuel cells. In polymer membranes for gas separation, crosslinking often leads to an improvement in the selectivity with simultaneously reduced permeability. However, US Pat. No. 6,946,015 shows that cross-linking of PBI does not adversely affect the ratio of selectivity to permeability. The C0 2 / CH 4 selectivity decreases in this case in the crosslinked
PBI-Membran mit zunehmender Permeabilität sogar weniger ab als bei der unvernetzten Membran. PBI membrane with increasing permeability even less than the uncrosslinked membrane.
In einer Brennstoffzelle wird durch kontrollierte Oxidation ei- nes Brennstoffs, wie Wasserstoffgas , chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Dazu werden der Brennstoff und ein Oxidationsmittel , wie beispielsweise Sauerstoff, an zwei gegenüberliegenden Elektroden, die durch eine elektronisch isolierende Membran getrennt sind, zugeführt. Die Membran enthält ei- nen Elektrolyten, der für Protonen, aber nicht für die reaktiven Gase durchlässig ist. Dafür verwendete Materialien sind beispielsweise Perfluorsulfonsäurepolymere , die mit Wasser ge- quollen sind, oder basische Polymere, die starke Säuren als Flüssigelektrolyt enthalten. In a fuel cell, controlled oxidation of a fuel, such as hydrogen gas, converts chemical energy into electrical energy. For this purpose, the fuel and an oxidant, such as oxygen, are supplied to two opposing electrodes which are separated by an electronically insulating membrane. The membrane contains an electrolyte which is permeable to protons but not to the reactive gases. Materials used for this purpose are, for example, perfluorosulfonic acid polymers which are mixed with water. are bulky or basic polymers containing strong acids as a liquid electrolyte.
EP-A 787 369 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von pro- tonenleitenden Polymerelektrolytmembranen, bei dem ein basisches Polymer, wie Polybenzimidazol, mit einer starken Säure, wie .Phosphorsäure oder Schwefelsäure, dotiert wird. Seitdem wurden zahlreiche ähnliche Membranen aus diversen Polyazolen oder Polyazinen für diese Anwendung entwickelt. Der Vorteil ei- ner Brennstoffzelle mit einer solchen Membran ist, dass diese bei Temperaturen über 100°C bis etwa 200°C betrieben werden kann, weil das Polymer ausreichend stabil ist und der Siedepunkt der Säure deutlich über 100 °C liegt. Durch die im Vergleich zu einer Brennstoffzelle mit einer Membran aus Perfluor- sulfonsäurepolymer und Wasser erhöhte Betriebstemperatur wird die Katalysatoraktivität an den Elektroden erhöht, die Empfindlichkeit der Katalysatoren gegen Kohlenmonoxid-Kontaminationen im Brenngas reduziert und die Abwärme mit höherer Temperatur technisch besser nutzbar gemacht. Der Nachteil der Dotierung des Polymers mit einem flüssigen Elektrolyten ist, dass die mechanische Stabilität der Membran erheblich reduziert wird. Dies kann wie in EP-B 1 165 670 beschrieben durch eine Vernetzung des Polymers zum Teil kompensiert werden. Damit die Betriebsdauer nicht durch diese Vernetzung limitiert wird, besteht die Anforderung, dass die Langzeitstabilität der Vernetzung in der heißen und stark sauren Umgebung einer Brennstof zellenmembran der Stabilität des Polybenzimidazols entspricht. EP-A 787 369 describes a process for preparing proton-conducting polymer electrolyte membranes in which a basic polymer such as polybenzimidazole is doped with a strong acid such as phosphoric acid or sulfuric acid. Since then, numerous similar membranes of various polyazoles or polyazines have been developed for this application. The advantage of a fuel cell with such a membrane is that it can be operated at temperatures above 100 ° C to about 200 ° C, because the polymer is sufficiently stable and the boiling point of the acid is well above 100 ° C. By increased compared to a fuel cell with a membrane of perfluorosulfonic acid polymer and water operating temperature, the catalyst activity is increased at the electrodes, reduces the sensitivity of the catalysts against carbon monoxide contamination in the fuel gas and made the waste heat with higher temperature technically better usable. The disadvantage of doping the polymer with a liquid electrolyte is that the mechanical stability of the membrane is considerably reduced. This can be partially compensated by crosslinking of the polymer as described in EP-B 1 165 670. So that the service life is not limited by this networking, there is a requirement that the long-term stability of the crosslinking in the hot and strongly acidic environment of a fuel cell membrane corresponds to the stability of the polybenzimidazole.
Polymerelektrolytmembranen aus PBI werden üblicherweise wie beispielsweise in Q. Li et al . „High temperature proton ex- change membranes based on polybezimidazoles for fuel cellsw, Progress in Polymer Science, 34 (2009) S. 459 ~ 460 beschrieben unter Verwendung von bifunktionell reaktiven Additiven ko- valent oder durch Additive mit polaren Gruppen ionisch vernetzt. Dazu wird eine Lösung, die das basische Polymer und ein Verbrückungsreagenz enthält, eingesetzt und anschließend die Verbrückung durchgeführt. Als Angriffspunkte für die Verbrü- ckungsreagenzien dienen dabei hauptsächlich die NH-Gruppen des Imidazols. Bevorzugte Verbrückungsreagenzien für eine kovalente Bindung sind Diglycidylether, mehrfachfunktionelle organische Säuren oder deren Halogenide und Anhydride, mehrfach haloge- nierte organische Verbindungen, Dialdehyde oder Divinylverbin- düngen. Zahlreiche Untersuchungen zeigen jedoch, dass bei Verwendung von Verbrückungsreagenzien die Langzeitstabilität der Verbrückung oft geringer ist als die des thermisch und chemisch außergewöhnlich stabilen Polyazols. Deshalb kann die mechanische Stabilität einer so vernetzten Membran insbesondere in ei- ner aggressiven Umgebung wie in einer Brennsto fzelle langsam abnehmen. Die Auswahl der die Polyazolketten verbrückenden Gruppen muss daher besonders sorgfältig durchgeführt werden. Außerdem soll der für die Verbrückung notwendige Prozessschritt mit möglichst geringem zeitlichen und apparativen Aufwand kos- tengünstig durchzuführen sein. Polymer electrolyte membranes of PBI are commonly used as described, for example, in Q. Li et al. "High temperature proton ex- change membranes based on polybezimidazoles for fuel cells w, Progress co- using bifunctional reactive additives described in Polymer Science, 34 (2009) p 459 ~ 460 valent or ionically crosslinked by additives with polar groups. For this purpose, a solution which contains the basic polymer and a bridging reagent is used and then the bridging is carried out. The main target groups for the bridging reagents are the NH groups of the imidazole. Preferred bridging reagents for a covalent bond are diglycidyl ethers, polyfunctional organic acids or their halides and anhydrides, multiply halogenated organic compounds, dialdehydes or divinyl compounds. Numerous studies show, however, that when using bridging reagents, the long-term stability of the bridging is often lower than that of the thermally and chemically exceptionally stable polyazole. Therefore, the mechanical stability of such a networked membrane can slowly decrease, especially in an aggressive environment such as in a fuel cell. The selection of the polyazole chains bridging groups must therefore be carried out very carefully. In addition, the process step necessary for bridging should be cost-effective with as little time and equipment as possible.
V. Rode et al. (Izvestiya Akademii Nauk SSSR, Seriya Khimi- cheskaya 11, (1968}, 2662-2663) beschreiben die Reaktion von Ringstickstoffatomen in PBI mit Formaldehyd, wobei zwei Imida- zoleinheiten über eine Methylenbrücke verknüpft werden. Rode et al. (Izvestiya Akademii Nauk SSSR, Seriya Khimicheskaya 11, (1968), 2662-2663) describe the reaction of ring nitrogen atoms in PBI with formaldehyde, whereby two imidazole units are linked via a methylene bridge.
H. Xu. et al . beschreiben die Vernetzung von Polybenzimidazolen über endständige Aminogruppen mit Terephthal-Aldehyd (Journal of Membrane Science 288 (2007) 255-260), wobei Schiff'sche Ba- sen entstehen. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Polymere auf der Basis von Polyazolen, die mindestens eine Gruppierung ausgewählt aus -NR2-CRVNR2- (I) undH. Xu. et al. describe the crosslinking of polybenzimidazoles via terminal amino groups with terephthalic aldehyde (Journal of Membrane Science 288 (2007) 255-260), resulting in Schiff's bases. The present invention relates to polymers based on polyazoles, the at least one group selected from -NR 2 -CRVNR 2 - (I) and
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enthalten, wobei
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contain, where
R1 gleich oder verschieden sein kann und Wasserstoffatom oder ohlenwasserstoffreste bedeutet, wobei die Kohlenstoffkette durch nicht benachbarte -(CO)-, -0-, -S- oder ~NR4~Gruppen unterbrochen und mit -CN oder Halogen substituiert sein kann,R 1 may be the same or different and is hydrogen or hydrogen radicals, the carbon chain may be interrupted by non-adjacent - (CO) -, -O-, -S- or ~ NR 4 ~ groups and may be substituted by -CN or halogen,
R2 gleich oder verschieden sein kann und die Bedeutung von Was- serstoff tom oder einen Kohlenwasserstoffrest hat, bei dem die Kohlenstoffkette durch nicht benachbarte -{C0)~, -O-, -S- oder -NR4-Gruppen unterbrochen und mit -CN oder Halogen substituiert sein kann, wobei der Rest mit dem Stickstoff über eine weitere Bindungsstelle einen Ring bilden kann, R 2 may be the same or different and has the meaning of hydrogen tom or a hydrocarbon radical in which the carbon chain is interrupted by non-adjacent - {C0) ~, -O-, -S- or -NR 4 groups and - CN or halogen can be substituted, wherein the rest can form a ring with the nitrogen via a further binding site,
R3 die Bedeutung von Wasserstoffatom oder einen Kohlenwasserstoffrest hat, bei dem die Kohlenstoffkette durch nicht benachbarte -{CO)-, -O-, -S- oder -NR4-Gruppen unterbrochen und mit - CN oder Halogen substituiert sein kann, wobei der Rest mit dem Stickstoff über eine weitere Bindungsstelle einen Ring bilden kann, und R 3 has the meaning of hydrogen atom or a hydrocarbon radical in which the carbon chain may be interrupted by non-adjacent - {CO) -, -O-, -S- or -NR 4 groups and may be substituted by - CN or halogen, wherein the Rest can form a ring with the nitrogen via another binding site, and
R4 gleich oder verschieden sein kann und gegebenenfalls substituierte Kohlenwasserstoffreste bedeutet, R 4 may be the same or different and is optionally substituted hydrocarbon radicals,
mit der Maßgabe, dass kein Stickstoff in den Formeln (I) und (II) ringbildendes Element eines aromatischen Rings sein darf. with the proviso that no nitrogen in the formulas (I) and (II) may be a ring-forming element of an aromatic ring.
Beispiele für Reste R1 sind Alkylreste, wie der Methyl-, Examples of radicals R 1 are alkyl radicals, such as the methyl,
Ethyl-, n-Propyl-, iso-Propyl-, 1-n-Butyl-, 2-n-Butyl-, iso~ Butyl-, tert . -Butyl- , n-Pentyl-, iso-Pentyl-, neo-Pentyl-, tert . -Pentylrest , Hexylreste, wie der n-Hexylrest, Heptylreste, wie der n-Heptylrest , Octylreste, wie der n~Octylrest und iso- Octylreste, wie der 2 , 2 , 4 -Trimethylpentylrest , Nonylreste, wie der n-Nonylrest , Decylreste, wie der n-Decylrest, Dodecylreste, wie der n~Dodecylrest , und Octadecylreste , wie der n-Octadecyl- rest; Cycloalkylreste, wie Cyclopentyl- , Cyclohexyl-, Cyclohep- tyl- und Methylcyclohexylreste ; Alkenylreste , wie der Vinyl-, 5~Hexenyl-, Cyclohexenyl- , 1-Propenyl-, Allyl-, 3-Butenyl- und 4-Pentenylrest ; Alkinylreste, wie der Ethinyl-, Propargyl- und 1-Propinylrest ; Arylreste, wie der Phenyl-, Naphthyl-, Anthryl- und Phenanthrylrest ; Alkarylreste, wie o-, m- , p-Tolylreste, Xylylreste und Ethylphenylreste ; und Aralkylreste, wie der Ben- zylrest, der - und der ß-Phenylethylrest . Ethyl, n-propyl, iso-propyl, 1-n-butyl, 2-n-butyl, iso ~ Butyl, tert. Butyl, n-pentyl, iso-pentyl, neo-pentyl, tert. -Pentyl radical, hexyl radicals such as the n-hexyl radical, heptyl radicals such as the n-heptyl radical, octyl radicals such as the n ~ octyl radical and iso-octyl radicals such as the 2, 2, 4-trimethylpentyl radical, nonyl radicals such as the n-nonyl radical, decyl radicals such as the n-decyl radical, dodecyl radicals, such as the n-dodecyl radical, and octadecyl radicals, such as the n-octadecyl radical; Cycloalkyl radicals, such as cyclopentyl, cyclohexyl, cyclohephenyl and methylcyclohexyl radicals; Alkenyl radicals such as the vinyl, 5-hexenyl, cyclohexenyl, 1-propenyl, allyl, 3-butenyl and 4-pentenyl radicals; Alkynyl radicals, such as the ethynyl, propargyl and 1-propynyl radicals; Aryl radicals, such as the phenyl, naphthyl, anthryl and phenanthryl radicals; Alkaryl radicals, such as o-, m-, p-tolyl radicals, xylyl radicals and ethylphenyl radicals; and aralkyl radicals, such as the benzyl radical, the - and the .beta.-phenylethyl radical.
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Bevorzugt handelt es sich bei R um Wasserstoffatom oder um Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt um Wasserstoffatom oder um Alkyl- oder Arylreste mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, insbesondere um Wasserstoffatom.  R is preferably hydrogen or hydrocarbon radicals having 1 to 20 carbon atoms, particularly preferably hydrogen or alkyl or aryl radicals having 1 to 10 carbon atoms, in particular hydrogen.
Beispiele für Reste R2 und R3 sind die oben für R1 angegebenen Reste sowie zweiwertige Reste, wie der Methylen- oder Ethylen- Examples of radicals R 2 and R 3 are the radicals given above for R 1 and divalent radicals, such as the methylene or ethylene radical
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Bevorzugt handelt es sich bei R und R unabhängig voneinander um Wasserstoffatom, Alkyl-, Cycloalkyl-, Alkenyl-, Aryl-, Alka- ryl- oder Arylalkylreste mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen sowie um zweiwertige Reste, wie Methylen- oder Ethylenreste , besonders bevorzugt um Wasserstof atom oder Methylenbrücken, wobei der Kohlenwasserstoffrest mit dem Stickstoff über eine weitere Bindungsstelle einen Ring bilden kann. R and R are, independently of one another, hydrogen, alkyl, cycloalkyl, alkenyl, aryl, alkaryl or arylalkyl radicals having 1 to 20 carbon atoms and also divalent radicals, such as methylene or ethylene radicals, particularly preferably Hydrogen atom or methylene bridges, wherein the hydrocarbon radical can form a ring with the nitrogen via another binding site.
Beispiele für Reste R4 sind die oben für R1 angegebenen Reste. Bevorzugt handelt es sich bei R um einen Alkyl-, Cycloalkyl- ,Examples of radicals R 4 are the radicals given above for R 1 . R is preferably an alkyl, cycloalkyl,
Alkenyl-, Aryl-, Alkaryl- oder Arylalkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt um Alkylreste mit 1 bis 6 Kohlensto fatomen, insbesondere um den Methylrest. Alkenyl, aryl, alkaryl or arylalkyl radical having 1 to 20 carbon atoms, particularly preferably alkyl radicals having 1 to 6 carbon atoms, in particular the methyl radical.
Beispiele für Gruppierungen der Formel (I) sind -NH-CH2-NH-, -N(CH2-) -CH2-NH-, -N(CHa-) -CH2-N(CH2-) -, -N ( CH3 ) -CH2-NH- , Examples of groupings of the formula (I) are -NH-CH 2 -NH-, -N (CH 2 -) -CH 2 -NH-, -N (CHa-) -CH 2 -N (CH 2 -) -, -N (CH 3 ) -CH 2 -NH-,
-N(CH2-) -CH2-N(CH3) -N{CH3) - CH2-N {CH3 ) ™NH~CH (CH3 ) -NH- , -N (CH 2 -) -CH 2 -N (CH 3) -N {CH 3) - (CH 2 N {CH 3) ™ NH ~ CH CH 3) -NH-,
-N(CH2-) -CH (CH3) -NH- , -N (CH2 - } -CH ( CH3 } -N (CH2- ) - , wobei -NH-CH2- NH-, -N(CH2-) -CH2- H-, -N (CH - ) -CH2 ~N (CH2- } - , -N (CH3) -CH2-NH~ , -N(CH2-} -CH2-N(CH3) - , -N(CH3) -CH2-N(CH3) ~ bevorzugt und -N (CH 2 -) -CH (CH 3 ) -NH-, -N (CH 2 -) -CH (CH 3 ) -N (CH 2 -) -, wherein -NH-CH 2 --NH-, - N (CH 2 -) -CH 2 -H-, -N (CH -) -CH 2 -N (CH 2 -) -, -N (CH 3 ) -CH 2 -NH -, -N (CH 2 - } -CH 2 -N (CH 3 ) -, -N (CH 3 ) -CH 2 -N (CH 3 ) - preferred and
-NH-CH2-NH- , -N(CH2-) -CH2-NH~ und -N (CH2- ) -CH -N ( CH2- ) - besonders bevorzugt sind. -NH-CH 2 -NH-, -N (CH 2 -) -CH 2 -NH ~ and -N (CH 2 -) -CH-N (CH 2 -) - are particularly preferred.
Beispiele für Gruppierungen der Formel (II) sind -NH-CH2-0-, -N(CH2~) -CH2-0-, -N(CH3) -CH2~0-, -NH- CH { CH3 ) -O- , Examples of groupings of the formula (II) are -NH-CH 2 -0-, -N (CH 2 -) -CH 2 -0-, -N (CH 3 ) -CH 2 -O-, -NH-CH { CH 3 ) -O-,
-N(CH2-) -CH(CH3) -O-, wobei -NH~CH2-0-, -N (CH2- ) -CH2 -O- , -N (CH 2 -) -CH (CH 3 ) -O-, wherein -NH ~ CH 2 -O-, -N (CH 2 -) -CH 2 -O-,
-N(CH3) -CH2-0- bevorzugt und -NH-CH2~0-, -N (CH2- ) -CH2-0- beson- ders bevorzugt sind. -N (CH 3 ) -CH 2 -O- preferred and -NH-CH 2 ~0-, -N (CH 2 -) -CH 2 -O- are particularly preferred.
Die erfindungsgemäßen Polymere können nur Gruppierungen der Formel {I) , nur Gruppierungen der Formel (II) oder sowohl Gruppierungen der Formel (I) wie auch Gruppierungen der Formel (II) haben. Bevorzugt handelt es sich bei den erfindungsgemäßen Polymeren um solche, die Gruppierungen der Formel (I) sowie gegebenenfalls auch Gruppierungen der Formel (II) enthalten, insbesondere um solche, die ausschließlich Gruppierungen der Formel (I) enthalten. The polymers according to the invention can only have groupings of the formula {I), only groups of the formula (II) or both groups of the formula (I) and also groups of the formula (II). The polymers according to the invention are preferably those which contain groups of the formula (I) and, if appropriate, also groups of the formula (II), in particular those which contain exclusively groups of the formula (I).
Die erfindungsgemäßen Polymere sind in Bezug auf ihren Polya- zolgehalt bei 130°C und 1000 hPa in N, -Dimethylacetamid bevor- zugt 0 bis 20 Gew.%, besonders bevorzugt 0 bis 10 Gew.%, insbesondere 0 bis 5 Gew.%, löslich. The polymers according to the invention are preferred in terms of their polyazole content at 130 ° C. and 1000 hPa in N, -dimethylacetamide. zugt 0 to 20 wt.%, Particularly preferably 0 to 10 wt.%, In particular 0 to 5 wt.%, Soluble.
Die erfindungsgeraäßen Polymere sind bei Raumtemperatur und dem Druck der umgebenden Atmosphäre bevorzugt Feststoffe mit beliebiger Farbe. Der Glaspunkt der erfindungsgemäßen Polymere liegt bevorzugt über 150°C, besonders bevorzugt über 200 °C, insbesondere im Bereich von 250°C bis 500°C. Die erfindungsgemäßen Polymere haben den Vorteil, dass sie sich durch eine hervorragende Hydrolyse-Stabilität auszeichen und ihre strukturelle Integrität behalten, auch wenn sie in starken Säuren gelagert werden. Die erfindungsgemäßen Polymere haben den Vorteil, dass sie auch bei hohen Temperaturen eine gute mechanische Stabilität aufweisen. The erfindungsgeraäßen polymers are preferably solids of any color at room temperature and the pressure of the surrounding atmosphere. The glass transition point of the polymers according to the invention is preferably above 150 ° C., more preferably above 200 ° C., in particular in the range from 250 ° C. to 500 ° C. The polymers of the invention have the advantage that they are characterized by excellent hydrolysis stability and retain their structural integrity, even when stored in strong acids. The polymers of the invention have the advantage that they have good mechanical stability even at high temperatures.
Des Weiteren haben die erfindungsgemäßen Polymere den Vorteil, dass sie unter den für die beschriebenen Anwendungen üblichen Bedingungen lange haltbar sind. Furthermore, the polymers according to the invention have the advantage that they are long-lasting under the usual conditions for the applications described.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polymere, bei dem Polyazole (A) , die mindestens eine primäre oder sekundäre Ami- nogruppe enthalten, mit Aldehydreagenzien (B) zur Reaktion gebracht werden. Another object of the present invention is a process for the preparation of the polymers according to the invention, in which polyazoles (A), which contain at least one primary or secondary amino group, are reacted with aldehyde reagents (B).
Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Komponente (A) mit (B) sowie gegebenenfalls weiteren Stoffen vermischt, der Mischung eine Form gegeben und zur Reaktion gebracht, oder die Komponente {A) wird mit gegebenenfalls weiteren Stoffen vermischt, der Mischung eine Form gegeben sowie anschließend mit (B) dotiert und zur Reaktion gebracht. In the process according to the invention, component (A) is preferably mixed with (B) and optionally further substances, the mixture is given a mold and reacted, or component {A) is mixed with optionally further substances mixed, the mixture is given a mold and then doped with (B) and reacted.
Bei den erfindung gemäß eingesetzten Polyazolen (A) kann es sich um beliebige und bisher bekannte Polyazole handeln, die neben dem Azol-Baustein mindestens einen weiteren Aromaten bzw. Heteroaromaten enthalten. The polyazoles (A) used according to the invention may be any and all known polyazoles which, in addition to the azole building block, contain at least one further aromatic or heteroaromatic compound.
Beispiele für die er indungsgemäß eingesetzten Polyazole (A) sind solche, die auf Bausteinen ausgewählt aus Pyrrol, Pyrazol, Benzpyrazol, Oxazol, Benzoxazol, Thiazol, Benzthiazol, Imidazol und Benzimidazol basieren und zusätzlich aromatische bzw. heteroaromatische Gruppen, wie Benzol-, Naphthalin-, Pyridin-, Py- rimidin- oder Pyrazingruppen, enthalten können, wobei die Bau- steine substituiert sein können, wie z.B. durch Sulfonsäure- , Alkyl-, Alkenyl- und Fluoroalkylreste . Die unterschiedlichen Gruppen können darüber hinaus über Imid- , Ether-, Thioether-, Sulfon- oder direkte C-OBindungen verknüpft sein. Bevorzugte Beispiele für Polyazole (A) sind alle in Q. Li et al . „High temperature proton exchange membranes based on polybezimidazo- les for fuel cells", Progress in Polymer Science, 34, S. 453 (Scheme 1), 455 (Scheme 5, 6), 456 (Scheme 7} und 457 (Scheme 8) (2009) genannten Polymere, die zum O fenbarungsgehalt der vorliegenden Erfindung zu zählen sind. Examples of the polyazoles (A) used in accordance therewith are those based on building blocks selected from pyrrole, pyrazole, benzpyrazole, oxazole, benzoxazole, thiazole, benzothiazole, imidazole and benzimidazole and additionally aromatic or heteroaromatic groups, such as benzene, naphthalene , Pyridine, pyrimidine or pyrazine groups, wherein the building blocks may be substituted, such as by sulfonic acid, alkyl, alkenyl and fluoroalkyl radicals. The different groups may also be linked via imide, ether, thioether, sulfone or direct C-bonds. Preferred examples of polyazoles (A) are all described in Q. Li et al. Progress in Polymer Science, 34, p. 453 (Scheme 1), 455 (Scheme 5, 6), 456 (Scheme 7) and 457 (Scheme 8) "High temperature proton exchange membranes based on polybenzimidazoles for fuel cells". (2009) mentioned polymers, which are to be fenoffenungsgehalt of the present invention.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei den erfindungsgemäß eingesetzten Polyazolen (A) um solche, die aus Bausteinen ausgewählt aus Imidazol, Benzimidazol, Pyridin, Benzol und Naphthalin aufgebaut sind, wobei die unterschiedlichen Gruppen über Imid-, Ether-, Sulfon- oder direkte C C-Bindungen verknüpft sind und wobei die Bausteine substituiert sein können, wie z.B. durch Sulfonsäure- , Alkyl-, Alkenyl- und Fluoroalkylreste. Die erfindungsgemäß eingesetzten Polyazole (A) sowie Verfahren zu deren Herstellung sind bekannt. Hierzu sei beispielsweise auf Q. Li et al . „High temperature proton exchange membranes based on polybezimidazoles for fuel cells", Progress in Polymer Science, 34, S. 449-477 (2009) verwiesen. The polyazoles (A) used in accordance with the invention are particularly preferably those which are built up from building blocks selected from imidazole, benzimidazole, pyridine, benzene and naphthalene, the different groups being replaced by imide, ether, sulfone or direct C.sub.2 Bonds are linked and wherein the blocks may be substituted, such as by sulfonic acid, alkyl, alkenyl and Fluoroalkylreste. The polyazoles (A) used according to the invention and processes for their preparation are known. For example, see Q. Li et al. "High temperature proton exchange membranes based on polybenzimidazoles for fuel cells", Progress in Polymer Science, 34, pp. 449-477 (2009).
Die Polyazole (A) tragen als Endgruppen in der Regel die der zur Herstellung eingesetzten Monomere, wie etwa Amino- und/oder Carbonsäuregruppen und/oder deren Ester, oder durch nachträgli- che chemische Reaktion beliebig eingeführte Endgruppen, wie z.B. Alkyl-, Aryl-, Alkenyl-, OH~ , Epoxid- , Keto- , Aldehyd-, Ester-, Thiol-, Thioester-, Silyl-, Oxim-, Amid™, Imid-, Ure- than™ und Harnstoffgruppen. Bei den erfindungsgemäß eingesetzten Polyazolen (A) handelt es sich bevorzugt um solche mit primären oder sekundären Amino- und/oder Carbonsäureendgruppen, besonders bevorzugt um NH2- und/oder COOH-Endgruppen, wobei insbesondere mehr als 50% aller Endgruppen NH2-Reste sind. The polyazoles (A) carry as end groups usually those of the monomers used for the preparation, such as amino and / or carboxylic acid groups and / or their esters, or by subsequent chemical reaction any introduced end groups, such as alkyl, aryl , Alkenyl, OH ~, epoxide, keto, aldehyde, ester, thiol, thioester, silyl, oxime, amide ™, imide, urethane ™, and urea groups. In the inventively used polyazoles (A) are preferably those having a primary or secondary amino and / or carboxylic acid end groups, particularly preferably NH 2 - and / or COOH end groups, in particular more than 50% of all terminal groups NH 2 radicals are.
Insbesondere handelt es sich bei den erfindungsgemäß eingesetzten Polyazolen (A) um Polybenzimidazole , wie beispielsweise in Q. Li et al . „High temperature proton exchange membranes based on polybezimidazoles for fuel cells", Progress in Polymer In particular, the polyazoles (A) used according to the invention are polybenzimidazoles, as described, for example, in Q. Li et al. "High temperature proton exchange membranes based on polybenzimidazoles for fuel cells", Progress in Polymer
Science, 34, S. 453 (Scheme 1), 455 (Scheme 5, 6), 456 (Scheme 7) , 457 (Scheme 8) (2009) beschrieben, ganz besonders bevorzugt um Poly~2 , 2 ' - (m~Phenylen) -5 , 5 ' -dibenzimidazol mit primären oder sekundären Amino- und/oder Carbonsäureendgruppen, besonders bevorzugt mit NH2- und/oder COOH-Endgruppen, wobei insbesondere mehr als 50% aller Endgruppen NH2-Reste sind. Science, 34, p. 453 (Scheme 1), 455 (Scheme 5, 6), 456 (Scheme 7), 457 (Scheme 8) (2009), most preferably Poly ~ 2, 2 '- (m ~ Phenylene) -5,5'-dibenzimidazole having primary or secondary amino and / or carboxylic acid end groups, more preferably having NH 2 and / or COOH end groups, in particular more than 50% of all end groups being NH 2 radicals.
Polybenz midazol (A) kann auf verschiedene und bekannte Methoden hergestellt werden, wie etwa durch Polymerisation von Dia- minobenzidin und Isophthalsäure und/oder deren Estern. Polyben- zimidazole {A) können als Endgruppen Amino- und/oder Carbonsäuregruppen und/oder deren Ester aufweisen, oder durch nachträgliche chemische Reaktion beliebig eingeführte Endgruppen, wie z.B. Alkyl-, Aryl-, Alkenyl-, OH-, Epoxid- , Keto-, Aldehyd-, Ester-, Thiol-, Thioester-, Silyl-, Oxim- , Amid- , Imid- , Ure- than- und Harnstoffgruppen. Polybenz midazole (A) can be prepared by various and known methods, such as by polymerization of diamonds. minobenzidine and isophthalic acid and / or their esters. Polybenzimidazoles {A) may contain amino groups and / or carboxylic acid groups and / or their esters as end groups, or end groups introduced by subsequent chemical reaction, such as, for example, alkyl, aryl, alkenyl, OH, epoxide, keto , Aldehyde, ester, thiol, thioester, silyl, oxime, amide, imide, urethane and urea groups.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Polyazole (A) können eine un- terschiedliche Anzahl von Amino- und/oder Carbonsäureendgruppen aufweisen. Besonders bevorzugt handelt es sich bei den Polyazo- len (A) um solche, die pro Molekül mindestens 3 Aminogruppen der allgemeinen Formel -NHR5 (III) aufweisen, wobei The polyazoles (A) used according to the invention may have a different number of amino and / or carboxylic acid end groups. The polyazoles (A) are particularly preferably those which have at least 3 amino groups of the general formula -NHR 5 (III) per molecule, where
Rs ein Wasserstoffatom, ein Kohlenwasserstoffrest , eine -(CO)- OR6-Gruppe oder eine - (CO)™NR8R7-Gruppe ist, wobei die Kohlen- stoffkette durch nicht benachbarte -(CO)-, -O-, -S- oder -NR4- Gruppen unterbrochen und mit -CN oder -Halogen substituiert sein kann, R s is a hydrogen atom, a hydrocarbon radical, a - (CO) - OR 6 - group or a - (CO) ™ NR 8 R 7 group, wherein the carbon chain by non-adjacent - (CO) -, -O- , -S- or -NR 4 - groups may be interrupted and substituted by -CN or -halogen,
Rs ein Kohlenwasserstoffrest ist, wobei die Kohlensto fkette durch nicht benachbarte -(CO)-, -0-, ~S~ oder -NR4-Gruppen un- terbrochen und mit -CN oder -Halogen substituiert sein kann,R s is a hydrocarbon radical, wherein the carbon chain can be interrupted by non-adjacent - (CO) -, -O-, ~ S ~ or -NR 4 groups and can be substituted by -CN or -halogen,
R7 ein Wasserstoffatom oder ein Kohlenwasserstoffrest ist, wobei die Kohlenstoffkette durch nicht benachbarte -(CO)-, -O-, -S- oder -NR4 -Gruppen unterbrochen und mit -CN oder -Halogen substituiert sein kann sowie mit R8 kovalent verbunden sein kann, R 7 is a hydrogen atom or a hydrocarbon radical, wherein the carbon chain can be interrupted by non-adjacent - (CO) -, -O-, -S- or -NR 4 groups and can be substituted by -CN or -halogen, and by R 8 covalently can be connected
R8 ein Wasserstoffatom oder ein Kohlenwasserstoffrest ist, wobei die Kohlenstoffkette durch nicht benachbarte -(CO)-, -O-, -S- oder -NR -Gruppen unterbrochen und mit -CN oder -Halogen substituiert sein kann sowie mit R7 kovalent verbunden sein kann, und R 8 is a hydrogen atom or a hydrocarbon radical, wherein the carbon chain is interrupted by non-adjacent - (CO) -, -O-, -S- or -NR groups and with -CN or -halogen may be substituted and may be covalently bonded to R 7 , and
R4 eine der oben angegebenen Bedeutungen hat. Beispiele für Rest Rs sind die für Rest R1 oben angegebenen Reste . R 4 has one of the meanings given above. Examples of radical R s are the radicals given above for radical R 1 above.
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Bevorzugt handelt es sich bei Rest R um Wasserstoff tom, um The radical R is preferably hydrogen, in order to
Alkyl-, Cycloalkyl-, Alkenyl-, Aryl-, Alkaryl- oder Arylalkyl- reste mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt um Wasserstoffatom. Alkyl, cycloalkyl, alkenyl, aryl, alkaryl or arylalkyl radicals having 1 to 20 carbon atoms, more preferably hydrogen atom.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Polyazole (A) haben eine Inhä- rentvikosität von bevorzugt > 0,1 dl/g, besonders bevorzugt von 0,1 bis 2,5 dl/g, insbesondere von 0,3 bis 1,5 dl/g, jeweils gemessen an einer 0,4 %igen {w/v) Lösung, also 0,4 g/100 ml, von Polyazol in H2S0 {95-97 Gew.%) mit einem Ubbelohde Viskosi- meter bei einer Temperatur von 25 °C und einem Druck von 1000 hPa. The polyazoles (A) used according to the invention have an inherent viscosity of preferably> 0.1 dl / g, particularly preferably from 0.1 to 2.5 dl / g, in particular from 0.3 to 1.5 dl / g, in each case measured on a 0.4% w / v solution, ie 0.4 g / 100 ml, of polyazole in H 2 SO (95-97% by weight) with an Ubbelohde viscometer at a temperature of 25 ° C and a pressure of 1000 hPa.
Die erfindungsgemäß eingesetzte Komponente (A) hat ein Molekulargewicht Mw von bevorzugt 1 000 bis 300 000 g/mol, besonders bevorzugt von 4 000 bis 150 000 g/mol, jeweils gemessen als absolute Molmasse mittels GPC gekoppelt mit statischer Licht- Streuung {Laufmittel: DMAc versetzt mit 1 Gew.% LiBr) . The component (A) used according to the invention has a molecular weight Mw of preferably 1,000 to 300,000 g / mol, particularly preferably 4,000 to 150,000 g / mol, in each case measured as absolute molar mass by GPC coupled with static light scattering {eluent: DMAc mixed with 1 wt.% LiBr).
Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei (A) um Poly-2,2!- (m-Phenylen) -5 , 5 ' -dibenzimidazol mit im Durchschnitt pro Molekül mindestens 3 Aminoendgruppen der Formel (III) und einer In- härentviskosität von 0,3 bis 1,5 dl/g gemessen an einer Most preferably, (A) is poly-2,2 ! - (m-phenylene) -5, 5'-dibenzimidazole having on average per molecule at least 3 amino end groups of the formula (III) and an inherent viscosity of 0.3 to 1.5 dl / g measured on a
0,4 %igen {w/v) Lösung, also 0,4 g/100 ml, von Polyazol in H2S04 (95-97 Gew.%} mit einem Ubbelohde Viskosimeter bei einer Temperatur von 25 °C und einem Druck von 1000 hPa. Bei den erfindungsgemäß eingesetzten Aldehydreagenzien (B) kann es sich um beliebige und bisher bekannte Aldehydreagenzien handeln. 0.4% (w / v) solution, ie 0.4 g / 100 ml, of polyazole in H 2 S0 4 (95-97% by weight) with an Ubbelohde viscometer at a temperature of 25 ° C. and a pressure of 1000 hPa. The aldehyde reagents (B) used according to the invention may be any and all known aldehyde reagents.
Als Aldehydreagenzien (B) erfindungsgemäß bevorzugt einsetzbar sind z.B. bei 20°C und dem Druck der umgebenden Atmosphäre, also zwischen 900 und 1100 hPa, monomer vorliegende Formen des Formaldehyds, wie beispielsweise Formaldehydgas sowie wässrige oder organische Lösungen von Aldehyden, ebenso wie Formaldehyd in kondensierter Form wie beispielsweise als Paraformaldehyd, Trio™ xan oder andere Aldehydkondensate. Der Aldehyd (B) kann jedoch auch in latenter Form vorliegen und erst in- itu bei der erfindungsgemäßen Umsetzung freigesetzt werden. Dafür bieten sich z.B. alle bisher bekannten Aldehyd-freisetzenden Agentien an. As aldehyde reagents (B) are preferably used according to the invention are e.g. at 20 ° C and the pressure of the surrounding atmosphere, ie between 900 and 1100 hPa, monomeric forms of formaldehyde, such as formaldehyde gas and aqueous or organic solutions of aldehydes, as well as formaldehyde in condensed form such as paraformaldehyde, Trio ™ xan or other aldehyde condensates. However, the aldehyde (B) may also be present in latent form and only be released in the reaction according to the invention. There are, for example, all previously known aldehyde-releasing agents.
Bei den er indungsgemäß eingesetzten Aldehydreagen ien (B) kann es sich um Gase, Flüssigkeiten oder Feststoffe handeln. The aldehyde reagent (B) used in accordance with the invention may be gases, liquids or solids.
Falls die Aldehydreagenzien gasförmig sind, sind diese bevorzugt reine Gase, wie beispielsweise Formaldehydgas, oder vermischt mit Inertgasen, wie beispielsweise Argon oder Stickstoff. Falls eine Gasmischung (B) verwendet wird, dann enthält diese bevorzugt mehr als 5 Gew.% Aldehyd vermischt mit einem Inertgas. Die Gasmischung (B) enthält bevorzugt 0 bis If the aldehyde reagents are gaseous, they are preferably pure gases, such as formaldehyde gas, or mixed with inert gases, such as argon or nitrogen. If a gas mixture (B) is used, it preferably contains more than 5% by weight of aldehyde mixed with an inert gas. The gas mixture (B) preferably contains 0 to
0,01 Gew.% Sauerstoff und besonders bevorzugt keinen Sauerstoff .  0.01% by weight of oxygen and more preferably no oxygen.
Falls es sich bei den im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetz- ten Aldehydreagenzien (B) um Feststoffe handelt, werden diese bevorzugt als Lösung eingesetzt. Bevorzugte Lösemittel sind dabei Flüssigkeiten, die bei 20°C und 1013 hPa 1 bis 50 Gew.% AI- dehydreagenz lösen, und die mit den Verfahrensbedingungen kompatibel sind. Beispiele für besonders bevorzugte Lösemittel zur Herstellung der Aldehydlösungen {B) sind Wasser, polare aproti- sehen Lösemittel, wie N,N~Dimethyacetamid, Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid und N-Methylpyrrolidon, sowie Orthophosphorsäure und Polyphosphorsäure . Wässrigen Aldehydlösungen (B) können als Stabilisator Alkohole, wie beispielsweise Methanol, zugesetzt werden. Besonders bevorzugte wässrige Aldehydlösungen (B) sind Formalinlösungen, die bevorzugt 10 bis 50 Gew.% For- maldehyd, 3 bis 20 Gew.% Methanol und 30 bis 87 Gew.% Wasser enthalten. If the aldehyde reagents (B) used in the process according to the invention are solids, they are preferably used as the solution. Preferred solvents are liquids which at 20 ° C and 1013 hPa 1 to 50 wt.% AI- dissolve dehydreagenz, and are compatible with the process conditions. Examples of particularly preferred solvents for preparing the aldehyde solutions {B) are water, polar aprotic solvents, such as N, N-dimethyacetamide, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide and N-methylpyrrolidone, as well as orthophosphoric acid and polyphosphoric acid. Aqueous stabilizers (B) may be added as stabilizer alcohols, such as methanol. Particularly preferred aqueous aldehyde solutions (B) are formalin solutions which preferably contain 10 to 50% by weight of formaldehyde, 3 to 20% by weight of methanol and 30 to 87% by weight of water.
Falls es sich bei den im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Aldehydreagen ien (B) um Feststoffe handelt, können diese auch einer Lösung, welche die erf ndungsgemäß eingesetzten Po- lyazole (A) und gegebenenfalls weitere Bestandteile enthält, direkt als Feststoff zugesetzt werden. If the aldehyde reagents (B) used in the process according to the invention are solids, they can also be added directly as a solid to a solution which contains the polyazoles (A) used according to the invention and optionally further constituents.
Bevorzugt handelt es sich bei Komponente (B) um Formaldehyd, Paraformaldehyd oder Trioxan, gegebenenfalls im Gemisch mit Inertgas oder einem Lösemittel. Component (B) is preferably formaldehyde, paraformaldehyde or trioxane, if appropriate in a mixture with inert gas or a solvent.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Aldehydreagenz (B) bevorzugt in einer Menge verwendet, dass das molare Verhältnis von Aldehydgruppen in (B) zu primären oder sekundären Amino- gruppen in Komponente (A) zwischen 0,1 und 10 liegt, besonders bevorzugt zwischen 0,5 und 8, insbesondere zwischen 1 und 5. In the method according to the invention, the aldehyde reagent (B) is preferably used in an amount such that the molar ratio of aldehyde groups in (B) to primary or secondary amino groups in component (A) is between 0.1 and 10, more preferably between 0 , 5 and 8, in particular between 1 and 5.
Zusätzlich zu Polyazol (A) und Aldehydreagenzien (B) können im erfindungsgemäßen Verfahren Lösemittel (C) sowie weitere Komponenten (D) eingesetzt werden, die zu den Komponenten (A) und (B) unterschiedlich sind. Beispiele für die erfindungsgemäß gegebenenfalls eingesetzten Lösemittel (C) sind alle polaren aprotischen Lösemittel, die unter den Verfahrensbedingungen nicht mit den weiteren Mi- schungsbestandteilen (A) reagieren, sowie Säuren und insbesondere Polysäuren, sofern diese das Polyazol (A) in für das Verfahren ausreichender Menge lösen. In addition to polyazole (A) and aldehyde reagents (B), solvents (C) and further components (D) which are different from components (A) and (B) can be used in the process according to the invention. Examples of the solvents (C) which may optionally be used according to the invention are all polar aprotic solvents which do not react with the further mixture constituents (A) under the process conditions, and acids and in particular polyacids, provided that the polyazole (A) is more adequate for the process Solve the quantity.
Bevorzugte Beispiele für Lösemittel (C) sind N, N-Dimethylacet- amid, Dimethyl ormamid, Dimethylsulfoxid, N-Methylpyrrolidon sowie Polyphosphorsäure, wobei N, N-Dimethylacetamid und Polyphosphorsäure besonders bevorzugt sind. Preferred examples of solvent (C) are N, N-dimethylacetamide, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, N-methylpyrrolidone and polyphosphoric acid, with N, N-dimethylacetamide and polyphosphoric acid being particularly preferred.
Polyphosphorsäure wird häufig als Lösemittel schon bei der Her- Stellung von Polyazolen verwendet, so dass Polyazol (A) im erfindungsgemäßen Verfahren gegebenenfalls bereits im Gemisch mit Polyphosphorsäure eingesetzt werden kann, falls diese bei der Herstellung des Polyazols nicht vorher abgetrennt wurde, wobei dann die Polyphosphorsäure der Komponente (C) entspricht. Polyphosphoric acid is often used as a solvent already in the preparation of polyazoles, so that polyazole (A) in the process according to the invention may optionally already be used in admixture with polyphosphoric acid, if not previously separated in the preparation of the polyazole, in which case the polyphosphoric acid the component (C) corresponds.
Die Bezeichnung Lösemittel bedeutet nicht, dass sich alle Mischungskomponenten in diesem vollständig lösen müssen. The term solvent does not mean that all components of the mixture must dissolve completely in it.
Zusätzlich zu den Komponenten (A) , (B) und (C) können nun bei dem erfindungsgemäßen Verfahren weitere Bestandteile (D) eingesetzt werden. Bei den gegebenenfalls eingesetzten weiteren Bestandteilen (D) kann es sich um beliebige und bisher bekannte Stoffe handeln, wie sie z.B. auch bisher im Zusammenhang mit Polyazolen eingesetzt wurden. In addition to components (A), (B) and (C), further constituents (D) can now be used in the process according to the invention. The optionally used further constituents (D) can be any desired and previously known substances, as described, for example, in US Pat. also been used in connection with polyazoles.
Die gegebenenfalls eingesetzten weiteren Stoffe (D) enthalten vorzugsweise keine gegenüber NH- oder primären oder sekundären Aminogruppen reaktive Gruppen. Es können jedoch auch chemische Verbindungen eingesetzt werden, die beispielsweise über darin enthaltene NH- oder OH-Gruppen kovalent in das Hetzwerk eingebunden werden. Beispiele für solche Verbindungen sind Alkohole, die mindesten zwei OH-Gruppen tragen und die zusammen mit den Aldehydreagenzien (B) zu N-C-O-Brücken gemäß Formel (II) zwischen den Polyazolen führen. The optionally used further substances (D) preferably contain no groups reactive toward NH or primary or secondary amino groups. However, it can also be chemical Compounds are used, which are covalently incorporated into the Hetzwerk for example, contained therein NH or OH groups. Examples of such compounds are alcohols which carry at least two OH groups and which, together with the aldehyde reagents (B), lead to NCO bridges of the formula (II) between the polyazoles.
Beispiele für gegebenenfalls eingesetzte weitere Stoffe (D) sind Zusatzstoffe, die die Vernetzungsdichte erhöhen; Füllstof- fe, die beispielsweise die mechanischen Eigenschaften oder die Aufnahmefähigkeit für einen Flüssigelektrolyten im erfindungsgemäßen Polymerfilm verändern; Stoffe, die nach der Filmbildung entfernt werden und Poren im Film hinterlassen; Additive in geringer Konzentration, die dazu dienen können, die Eigenschaften der Oberfläche des Polymerfilms, wie beispielsweise die Oberflächenspannung zu modifizieren; Additive, die die Haltbarkeit der Mischung oder des Films verbessern; oder Zusatzstoffe, die der Prozessoptimierung dienen. Beispiele für Zusatzstof e, die die Vernetzungsdichte erhöhen, (D) sind niedermolekulare oder polymere Vernetzerbausteine oder Partikel, die nicht auf Polyazolen basieren und die mehr als eine Aminogruppe oder Hydroxygruppe tragen, Beispiele für bevorzugte niedermolekulare Vernetzerbausteine (D) sind Di-, Tri- und Tetrahydroxyverbindungen, wie Ethylen- glykol, Dihydroxybenzol, Glyzerin, Trihydroxybenzol und Pentae- rythrit, oder Verbindungen mit mehr als zwei Aminogruppen wie Diaminobenzidin oder Melamin. Ein Beispiel für eine Verbindung mit NH- und OH-Gruppen ist Hydroxyanili . Beispiele für Füllstoffe (D) sind Polymere, die nicht auf Poly- azolen mit Aminogruppen basieren, oder anorganische Komponenten wie beispielsweise Metalloxide. Beispiele für gegebenenfalls als Füllstoffe eingesetzte Polymere (D) sind Examples of optionally used further substances (D) are additives which increase the crosslinking density; Filler, for example, change the mechanical properties or the absorption capacity for a liquid electrolyte in the polymer film according to the invention; Fabrics that are removed after film formation and leave pores in the film; Low concentration additives that can serve to modify the properties of the surface of the polymer film, such as surface tension; Additives that improve the durability of the mixture or the film; or additives that serve process optimization. Examples of additives which increase the crosslinking density, (D) are low molecular weight or polymeric crosslinker building blocks or particles which are not based on polyazoles and which carry more than one amino group or hydroxyl group. Examples of preferred low molecular weight crosslinker building blocks (D) are di-, tri- and tetrahydroxy compounds, such as ethylene glycol, dihydroxybenzene, glycerol, trihydroxybenzene and pentaerythritol, or compounds having more than two amino groups, such as diaminobenzidine or melamine. An example of a compound having NH and OH groups is hydroxyanil. Examples of fillers (D) are polymers which are not based on polyazoles having amino groups, or inorganic components such as metal oxides. Examples of optionally used as fillers polymers (D) are
- Polyolefine, wie Polyethylen, Polypropylen, Polyisobutylen, Polynorbornen, Polymethylpenten, Poly (1 , 4-isopren) , Poly (3,4- isopren) , Poly (1 , 4 -butadien) , Poly ( 1 , 2 -butadien) ,  Polyolefins, such as polyethylene, polypropylene, polyisobutylene, polynorbornene, polymethylpentene, poly (1,4-isoprene), poly (3,4-isoprene), poly (1,4-butadiene), poly (1,2-butadiene),
- Styrol {co) olymere wie Polystyrol, Poly (methylstyrol) , Styrene {co) polymers such as polystyrene, poly (methylstyrene),
Poly ( trifluorstyrol) , Poly {pentafluorostyrol} , Poly (trifluorostyrene), poly (pentafluorostyrene),
- N-basische Polymere wie Polyvinylcarbazol , Polyethylenimin, Poly {2-vinylpyridin} , Poly (3 -vinylpyridin) , Poly (4-vinylpyri- din) ,  N-basic polymers such as polyvinylcarbazole, polyethylenimine, poly {2-vinylpyridine}, poly (3-vinylpyridine), poly (4-vinylpyridine),
- (Het) rylhauptkettenpolymere, wie Polyetherketon PEK, Poly- etheretherketon PEEK, Polyetheretherketonketon PEEKK, Poly- etherketonetherketon~keton PEKEK , - (Het) ryl main chain polymers, such as polyether ketone PEK, polyether ether ketone PEEK, polyether ether ketone ketone PEEKK, polyether ketone ether ketone ketone PEKEK,
- Polyethersulfone wie Polysulfon, Polyphenylsulfon, Polyether- ethersulfon, Polyethersulfon PES, Polyphenylenether wie Po- ly (2 , 6-dimethyloxyphenylen) , Poly { 2 , 6 -diphenyloxyphenylen) , Po- lyphenylensulfid und  Polyethersulfones such as polysulfone, polyphenylsulfone, polyether-ether sulfone, polyethersulfone PES, polyphenylene ethers such as poly (2,6-dimethyloxyphenylene), poly {2,6-diphenyloxyphenylene), polyphenylene sulfide and
- perfluorierte Polymere.  - perfluorinated polymers.
Beispiele für gegebenenfalls als Füllstoffe eingesetzte anorga- nische Komponenten (D) sind Siliciumoxide, Silikate wie Gerüstoder Schichtsilikate oder Kieselsäuren, Zeolite, Aluminosilika- te, Titanoxide, Titanate, Zirkonoxide, Zirkonphosphate und He- teropolysäuren wie Wolframatophosphorsäure . Diese anorganischen Komponenten (D) können auch in Form von Partikeln vorliegen, die mesoporös sein können und an der Oberfläche oder in den Poren durch funktionale anorganische oder organische Gruppen wie beispielsweise Sulfon- , Phosphon- , Aminogruppen oder Imida- zolgruppen modifiziert sein können. Die vorangehend aufgeführten polymeren und anorganischen Komponenten {D) können mit OH-Gruppen und/oder primären oder sekundären Aminogruppen ausgestattet sein, um später eine kovalente Vernetzung mit Komponente (A) zu ermöglichen. Auf diese Weise können beispielsweise Partikel, deren Oberflächen mit NH- oder OH-Gruppen funktional siert sind, in das Polymernetzwerk mit eingebunden werden. Beispiele für Porenbildner (D) sind Ammoniumsalze oder Salze der Alkali- und Erdalkimetalle, Ester von Mono- und Dicarbon- säuren, Ester der Phosphorsäure, Ester aus Sacchariden und Fettsäuren, Alkanole, Glykole, Polydialkylsiloxane, Phenyl/al- kylsiloxane , cyclische Siloxane oder Organosilane . Examples of inorganic components (D) which may be used as fillers are silicon oxides, silicates such as framework or layer silicates or silicic acids, zeolites, aluminosilicates, titanium oxides, titanates, zirconium oxides, zirconium phosphates and heteropolyacids such as tungstophosphoric acid. These inorganic components (D) may also be in the form of particles which may be mesoporous and may be modified on the surface or in the pores by functional inorganic or organic groups such as, for example, sulfone, phosphono, amino or imidazole groups. The polymeric and inorganic components {D) listed above may be endowed with OH groups and / or primary or secondary amino groups to later enable covalent crosslinking with component (A). In this way, for example, particles whose surfaces are functionalized with NH or OH groups are integrated into the polymer network. Examples of pore formers (D) are ammonium salts or salts of alkali metals and alkaline earth metals, esters of mono- and dicarboxylic acids, esters of phosphoric acid, esters of saccharides and fatty acids, alkanols, glycols, polydialkylsiloxanes, phenyl / alkylsiloxanes, cyclic siloxanes or Organosilanes.
Beispiele für Additive (D) sind Tenside, Haftvermittler oder Konservierung Stoffe . Examples of additives (D) are surfactants, adhesion promoters or preservatives substances.
Beispiele für Zusatzstoffe (D) , die der Prozessoptimierung die- nen, sind Katalysatoren, Initiatoren oder Stabilisatoren. Examples of additives (D) used for process optimization are catalysts, initiators or stabilizers.
Art und Menge der gegebenenfalls eingesetzten weiteren Bestandteile (D) hängen in erster Linie von den speziellen Applikationen bzw. -bedingungen der erfindungsgemäßen bzw. erfindungsge- maß hergestellten Polymere ab. The type and amount of further constituents (D) which may be used depends primarily on the specific applications or conditions of the polymers prepared according to the invention or prepared according to the invention.
Bei den erfindungsgemäß eingesetzten Komponenten kann es sich jeweils um eine Art einer solchen Komponente wie auch um ein Gemisch aus mindestens zwei Arten einer jeweiligen Komponente handeln. The components used according to the invention may each be one type of such a component as well as a mixture of at least two types of a respective component.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt beim Druck der umgebenden Atmosphäre, also 900 bis 1100 hPa, durchgeführt. Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt bei Temperaturen im Bereich von 10°C bis 300°C, besonders bevorzugt von 20°C bis 200 °C, durchgeführt. The process of the invention is preferably carried out at the pressure of the surrounding atmosphere, ie 900 to 1100 hPa. The process according to the invention is preferably carried out at temperatures in the range from 10 ° C. to 300 ° C., particularly preferably from 20 ° C. to 200 ° C.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können beliebige Formkörper hergestellt werden, wie etwa massive Blöcke, Gewebe, Vliese, Textilien, BeSchichtungen, Filme oder Fasern, wobei Filme bevorzugt sind. Any desired shaped articles can be produced by the process according to the invention, such as solid blocks, woven fabrics, nonwovens, textiles, coatings, films or fibers, films being preferred.
Eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens (Variante 1} ist dadurch gekennzeichnet, dass A preferred variant of the process according to the invention (variant 1) is characterized in that
in einem ersten Schritt in a first step
eine Mischung enthaltend Polyazol (A) , das mindestens eine pri- märe oder sekundäre Aminogruppe enthält, Aldehydreagenz (B) , Lösemittel (C) und gegebenenfalls weitere Stoffe (D) hergestellt wird, a mixture comprising polyazole (A) which contains at least one primary or secondary amino group, aldehyde reagent (B), solvent (C) and optionally further substances (D),
in einem zweiten Schritt in a second step
die im ersten Schritt erhaltene Mischung geformt, bevorzugt auf einen Träger aufgetragen, wird the mixture obtained in the first step is shaped, preferably applied to a support
und and
in einem dritten Schritt in a third step
Polyazol (A) mit Aldehydreagenz (B) reagieren gelassen wird, wobei gegebenenfalls Lösemittel ganz oder teilweise entfernt wird.  Polyazole (A) with aldehyde reagent (B) is reacted, with or without solvent is partially or completely removed.
Eine weitere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens (Variante 2) ist dadurch gekennzeichnet, dass A further preferred variant of the method according to the invention (variant 2) is characterized in that
in einem ersten Schritt in a first step
eine Mischung enthaltend Polyazol (A) , das mindestens eine primäre oder sekundäre Aminogruppe enthält, Lösemittel (C) und gegebenenfalls weitere Stoffe {D} hergestellt wird, a mixture comprising polyazole (A) which contains at least one primary or secondary amino group, solvent (C) and optionally further substances {D} is prepared,
in einem zweiten Schritt die im ersten Schritt erhaltene Mischung geformt, bevorzugt auf einen Träger aufgetragen, wird in a second step the mixture obtained in the first step is shaped, preferably applied to a support
und and
in einem dritten Schritt in a third step
der im zweiten Schritt erhaltene Film mit Aldehydreagenz (B) in Kontakt gebracht und Polyazol (A) mit Aldehydreagenz {B) reagieren gelassen wird, wobei gegebenenfalls Lösemittel ganz oder teilweise entfernt wird. Die Mischung gemäß erstem Schritt der erfindungsgemäßen Varianten 1 und 2 enthält vorzugsweise mindestens 1 Gew.%, besonders bevorzugt mindestens 5 Gew.%, insbesondere mindestens 10 Gew.%, Polyazol (A) . Die Mischung enthält vorzugsweise höchstens the film obtained in the second step is contacted with aldehyde reagent (B) and polyazole (A) is reacted with aldehyde reagent {B), with or without the removal of any or all solvents. The mixture according to the first step of variants 1 and 2 according to the invention preferably contains at least 1% by weight, more preferably at least 5% by weight, in particular at least 10% by weight, of polyazole (A). The mixture preferably contains at most
90 Gew.%, besonders bevorzugt höchstens 70 Gew.%, insbesondere höchstens 50 Gew.%, Polyazol (A) . 90% by weight, particularly preferably at most 70% by weight, in particular at most 50% by weight, of polyazole (A).
Die Mischung gemäß erstem Schritt der erfindungsgemäßen Varianten 1 und 2 enthält Lösemittel (C) in Mengen von bevorzugt 10 bis 99 Gew.%, besonders bevorzugt 30 bis 95 Gew.%, insbesondere 50 bis 90 Gew.%. The mixture according to the first step of variants 1 and 2 according to the invention contains solvent (C) in amounts of preferably 10 to 99% by weight, more preferably 30 to 95% by weight, in particular 50 to 90% by weight.
Falls Komponente (D) im ersten Schritt der erfindungsgemäßen Varianten 1 und 2 eingesetzt werden, handelt es sich um Mengen von bevorzugt 1 bis 200 Gewichtsteilen, besonders bevorzugt 10 bis 100 Gewichtsteilen, jeweils bezogen auf 100 Gewichtsteile Komponente (A) . Bevorzugt werden keine Komponente (D) eingesetzt . If component (D) is used in the first step of variants 1 and 2 according to the invention, these are amounts of preferably 1 to 200 parts by weight, more preferably 10 to 100 parts by weight, in each case based on 100 parts by weight of component (A). Preferably, no component (D) are used.
Die Mischung gemäß erstem Schritt der erfindungsgemäßen Varian- ten 1 und 2 enthält über die Komponenten (A) , (B) , (C) und (D) hinausgehend bevorzugt keine weiteren Stoffe. Die Mischung gemäß erstem Schritt der erfindungsgemäßen Varianten 1 und 2 kann durch beliebige und an sich bekannte Verfahren hergestellt werden, wie beispielsweise durch einfaches Vermischen der einzelnen Bestandteile sowie gegebenenfalls Rühren, wobei bevorzugt Polyazol (A) mit Lösemittel (C) zu einer Vormischung (M) vermischt wird und anschließend die übrigen Bestandteile in beliebiger Reihenfolge zu dieser Vormischung gegeben werden. Dabei können die weiteren Bestandteile, wie das in Variante 1 eingesetzte Aldehydreagenz (B) oder gegebenenfalls eingesetzte weitere Stoffe (D) getrennt in einem Teil des Lösemittels (C) gelöst und nachträglich der Vormischung (M) zugesetzt werden. The mixture according to the first step of Variants 1 and 2 according to the invention preferably contains no further substances beyond components (A), (B), (C) and (D). The mixture according to the first step of the variants 1 and 2 according to the invention can be prepared by any known methods, such as by simply mixing the individual components and optionally stirring, preferably polyazole (A) with solvent (C) to a premix (M ) and then the remaining ingredients are added in any order to this premix. In this case, the other constituents, such as the aldehyde reagent (B) used in variant 1 or optionally used further substances (D) can be separately dissolved in one part of the solvent (C) and subsequently added to the premix (M).
Zur Herstellung der Vormischung (M) im ersten Schritt der er- f ndungsgemäßen Varianten 1 und 2 wird die Mischung bevorzugt so lange gerührt, bis sich das Polyazol (A) vorzugsweise zu mehr als 90 Gew.%, besonders bevorzugt vollständig, im Lösemittel (C) gelöst hat. Danach können gegebenenfalls eingesetzte Aldehydreagenzien (B) oder weitere Stoffe (D) zugegeben werden. Falls erwünscht, können Anteile von Komponente (A) , (B) To prepare the premix (M) in the first step of the variants 1 and 2 according to the invention, the mixture is preferably stirred until the polyazole (A) is preferably more than 90% by weight, particularly preferably completely, in the solvent ( C) has solved. Thereafter, optionally used aldehyde reagents (B) or further substances (D) can be added. If desired, proportions of component (A), (B)
und/oder weitere Stoffe (D) , die sich nicht in Lösemittel {C) gelöst haben, in der Lösung verbleiben oder abfiltriert werden. and / or other substances (D) which have not dissolved in solvent {C) remain in the solution or are filtered off.
Die Herstellung dieser Vormischung (M) im erfindungsgemäßen er- sten Schritt wird bei Temperaturen von bevorzugt 50 bis 350°C, besonders bevorzugt 100 bis 300°C, insbesondere 150 bis 250°C, durchgeführt . The preparation of this premix (M) in the first step according to the invention is carried out at temperatures of preferably 50 to 350.degree. C., particularly preferably 100 to 300.degree. C., in particular 150 to 250.degree.
Das Hinzufügen der gegebenenfalls restlichen Bestandteile zur Vormischung (M) im ersten Schritt der erfindungsgemäßen Varianten 1 und 2 kann bei den Temperaturen, bei denen die Vormischung (M) hergestellt wurde, erfolgen oder bei höheren oder niedrigeren Temperaturen, wobei das Aldehydreagenz (B) bevor- zugt bei niedrigen Temperaturen, wie etwa 10 bis 40 °C, zugesetzt wird, um vorzeitige Reaktionen zu vermeiden. The addition of the optionally remaining constituents to the premix (M) in the first step of variants 1 and 2 according to the invention can be carried out at the temperatures at which the premix (M) was prepared or at higher or lower temperatures, wherein the aldehyde reagent (B) before - added at low temperatures, such as 10 to 40 ° C, to avoid premature reactions.
Der erfindungsgemäße 1. Schritt wird bei den Varianten 1 und 2 bevorzugt beim Druck der umgebenden Atmosphäre, also 900 bis 1100 hPa, durchgeführt. Er kann aber auch bei niedrigeren oder höheren Drücken durchgeführt werden. The first step of the invention is preferably carried out in the variants 1 and 2 at the pressure of the surrounding atmosphere, ie 900 to 1100 hPa. It can also be performed at lower or higher pressures.
Der erste Schritt der erfindungsgemäßen Varianten 1 und 2 wird bevorzugt in Inertgasatmosphäre, wie etwa unter Argon- oder Stickstoff-Spülung, durchgeführt . The first step of variants 1 and 2 according to the invention is preferably carried out in an inert gas atmosphere, such as under argon or nitrogen purge.
Der erfindungsgemäße erste Schritt der Varianten 1 und 2 kann kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden. The first step of variants 1 and 2 according to the invention can be carried out continuously or batchwise.
Bei der Mischung gemäß erstem Schritt der erfindungsgemäßen Varianten 1 und 2 handelt es sich bevorzugt um eine Lösung, eine Suspension oder eine Paste. Im Fall der Lösung sind das Polya- zol (A) sowie gegebenenfalls eingesetzte Aldehydreagenzien (B) und/oder weitere Stoffe (D) in dem Lösemittel (C) gelöst. ImThe mixture according to the first step of variants 1 and 2 according to the invention is preferably a solution, a suspension or a paste. In the case of the solution, the polyazole (A) and optionally used aldehyde reagents (B) and / or further substances (D) are dissolved in the solvent (C). in the
Fall der Suspension sind Teilchen aus dem Polyazol (A) , den gegebenenfalls eingesetzte Aldehydreagenzien (B) und/oder den weiteren Stoffen (D) in dem als kontinuierliche Phase dienenden Lösemittel dispergiert. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Mischung des ersten Schritts um eine Lösung, insbesondere mit einer honigartigen Viskosität. In the case of the suspension, particles of the polyazole (A), the optionally used aldehyde reagents (B) and / or the other substances (D) are dispersed in the solvent used as the continuous phase. The mixture of the first step is particularly preferably a solution, in particular having a honey-type viscosity.
Das Auftragen der im erfindungsgemäßen ersten Schritt erhaltenen Mischung auf einen Träger kann mit allen geeigneten, bisher bekannten diskontinuierlichen und kontinuierlichen Auftragsverfahren durchgeführt werden. Bevorzugt erfolgt das Auftragen durch Ausgießen der Mischung auf einem planaren Substrat, durch Auftrag mit einer Walze oder Breitschlitzdüse, durch das Rakel- verfahren oder Spincoating. Das gewählte Auftragsverfahren richtet sich dabei auch nach der angestrebten Schichtdicke des trockenen Polymerfilms gemäß erfindungsgemäßem dritten Schritt der Varianten 1 oder 2. The application of the mixture obtained in the first step of the invention on a support can be carried out with all suitable, previously known discontinuous and continuous application methods. Preferably, the application is carried out by pouring out the mixture on a planar substrate, by application with a roller or slot die, through the doctor blade. process or spin coating. The chosen application method also depends on the desired layer thickness of the dry polymer film according to the third step of variants 1 or 2 according to the invention.
Beispiele für Träger, die im zweiten Schritt der erfindungsgemäßen Varianten 1 und 2 eingesetzt werden können, sind alle bisher bekannten Träger, die von den erfindungsgemäßen Mischungen gut benetzt werden, weitgehend resistent gegenüber den in den Mischungen enthaltenen Komponenten sind und Formstabilität im angewendeten Temperaturbereich aufweisen. Beispiele für solche Träger sind Polymerfilme, wie Poly (ethylenterephthalat) - , Polyimid-, Polyethylenimid- , Polytetrafluorethylen- und Polyvi- nylidenfluorid-Folien, Metalloberflächen, wie beispielsweise Bänder aus rostfreiem Stahl, Glasoberflächen sowie siliconi- sierte Papiere. Examples of carriers which can be used in the second step of variants 1 and 2 according to the invention are all previously known carriers which are well wetted by the mixtures according to the invention, are largely resistant to the components contained in the mixtures and have dimensional stability in the temperature range used. Examples of such carriers are polymer films such as poly (ethylene terephthalate), polyimide, polyethyleneimide, polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride films, metal surfaces such as stainless steel strips, glass surfaces and siliconized papers.
Insbesondere wenn der Polymerfilm nach der Herstellung vom Träger abgelöst werden soll, sind Träger bevorzugt, die gegenüber der Mischung gemäß erstem Schritt der erfindungsgemäßen Varianten 1 und 2 chemisch inert sind. In particular, when the polymer film is to be removed from the carrier after the preparation, carriers are preferred which are chemically inert to the mixture according to the first step of variants 1 and 2 according to the invention.
Das Auftragen kann auch auf einem funktionellen Träger erfolgen, der Teil der jeweiligen Anwendung ist. Beispielsweise kann im Fall der Herstellung einer semipermeablen Membran die Mischung auf einen offenporigen Film oder ein Stützgewebe aufgetragen werden. Bei der Anwendung als Brennstoffzellenmembran kann die Mischung direkt auf die Gasdiffusionslage bzw. die darauf vorhandene Elektrode aufgebracht werden. The application can also be carried out on a functional carrier, which is part of the respective application. For example, in the case of manufacturing a semi-permeable membrane, the mixture may be applied to an open-pored film or backing fabric. When used as a fuel cell membrane, the mixture can be applied directly to the gas diffusion layer or the electrode thereon.
Bevorzugt handelt es sich bei den eingesetzten Trägern um solche, die von der Mischung gemäß erstem Schritt der erfindungsgemäßen Varianten 1 und 2 benetzt werden, wobei der Kontaktwin- kel der Mischung auf dem Träger bevorzugt kleiner als 90°, besonders bevorzugt kleiner als 30°, ist, jeweils gemessen mit Inertgas als umgebender Phase. The carriers used are preferably those which are wetted by the mixture according to the first step of variants 1 and 2 according to the invention, the contact angle being of the mixture on the carrier is preferably less than 90 °, particularly preferably less than 30 °, in each case measured with inert gas as the surrounding phase.
5 Der erfindungsgemäße zweite Schritt kann bei den Varianten 1 und 2 kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden. The second step according to the invention can be carried out continuously or discontinuously in variants 1 and 2.
Für kontinuierliche Auftragverfahren werden bevorzugt Polymerie) filme, wie beispielsweise Folien aus Poly (ethylenterephthalat) , oder Metallbänder, wie beispielsweise rostfreier Stahl, verwendet. Für das diskontinuierliche Verfahren werden bevorzugt Glasplatten verwendet. For continuous application methods, polymer films such as poly (ethylene terephthalate) films or metal strips such as stainless steel are preferably used. For the batch process, glass plates are preferably used.
15 Der zweite Schritt der erfindungsgemäßen Varianten 1 und 2 wird bevorzugt beim Druck der umgebenden Atmosphäre, also 900 bis 1100 hPa, durchgeführt. Er kann aber auch bei niedrigeren oder höheren Drücken durchgeführt werden. The second step of variants 1 and 2 according to the invention is preferably carried out at the pressure of the surrounding atmosphere, ie 900 to 1100 hPa. It can also be performed at lower or higher pressures.
20 Der zweite Schritt der erfindungsgemäßen Varianten 1 und 2 wird bevorzugt bei Temperaturen unter dem Siedepunkt des Lösemittels (C) , besonders bevorzugt im Temperaturbereich von 10 bis 80 °C, insbesondere 15 bis 40°C, durchgeführt. Falls eine Polysäure als Lösemittel {C) verwendet wird, wird das Auftragen der Mi-The second step of variants 1 and 2 according to the invention is preferably carried out at temperatures below the boiling point of the solvent (C), particularly preferably in the temperature range from 10 to 80 ° C., in particular 15 to 40 ° C. If a polyacid is used as the solvent {C), the application of the
25 schung auf den Träger bevorzugt im Temperaturbereich von 150°C bis 200 °C durchgeführt. 25 carried out on the support preferably in the temperature range of 150 ° C to 200 ° C.
Der zweite Schritt der erfindungsgemäßen Varianten 1 und 2 wird bevorzugt an Luft in einer staubarmen Umgebung oder in ei- 30 ner Reinraumumgebung durchgeführt, was zur Sicherung einer konstanten Filmqualität beiträgt. Bei dem Lösungsmittel, das im dritten Schritt der erfindungsgemäßen Varianten 1 und 2 gegebenenfalls entfernt werden kann, handelt es sich um Lösungsmittel (C) sowie gegebenenfalls um im Aldehydreagenz enthaltenes Lösungsmittel. Falls die Mischung aus dem ersten Schritt auch ein polares aprotisches Lösemittel (C) enthält, wird dieses vorzugsweise im dritten Schritt ganz oder teilweise entfernt. Falls die Mischung aus dem ersten Schritt eine Polysäure als Lösemittel (C) enthält, verbleibt diese vorzugsweise im Film und wird gegebenenfalls später durch Hydrolyse in eine Säure umgewandelt. The second step of variants 1 and 2 according to the invention is preferably carried out in air in a low-dust environment or in a clean room environment, which helps to ensure a constant film quality. The solvent which can optionally be removed in the third step of variants 1 and 2 according to the invention is solvent (C) and optionally solvent contained in the aldehyde reagent. If the mixture from the first step also contains a polar aprotic solvent (C), this is preferably completely or partially removed in the third step. If the mixture from the first step contains a polyacid as solvent (C), it preferably remains in the film and is optionally later converted into an acid by hydrolysis.
Falls im dritten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens Lösemittel entfernt werden sollen, dann können die üblichen nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Trocknung heran- gezogen werden. Dabei wird der Polymerfilm bevorzugt soweit erwärmt, dass das Lösemittel oder Lösemittelgemisch entweicht ohne Gasblasen im Film zu bilden. If solvents are to be removed in the third step of the process according to the invention, then the customary processes known from the prior art for drying can be used. In this case, the polymer film is preferably heated to the extent that the solvent or solvent mixture escapes without forming gas bubbles in the film.
Das Trocknen des Films im dritten Schritt der erfindungsgemäßen Variante 1 wird vorzugsweise bei Temperaturen unterhalb desThe drying of the film in the third step of variant 1 according to the invention is preferably carried out at temperatures below the
Siedepunktes des Lösemittels (C) durchgeführt, bevorzugt bei 40 bis 150°C, besonders bevorzugt bei 60 bis 130°C, insbesondere bei Temperaturen, bei der eine Vernetzungsreaktion nicht oder nur verzögert stattfindet. Das Trocknen kann dabei durch Redu- zierung des Umgebung drucks unter 900 hPa beschleunigt werden. Durch nachfolgendes Erhöhen der Temperatur bis auf vorzugsweise maximal 250°C, besonders bevorzugt maximal 200°C, kann die Reaktion des Polyazols (A) mit dem Aldehydreagenz (B) gestartet bzw. beschleunigt werden. Boiling point of the solvent (C) carried out, preferably at 40 to 150 ° C, more preferably at 60 to 130 ° C, in particular at temperatures at which a crosslinking reaction is not or only delayed takes place. Drying can be accelerated by reducing the ambient pressure below 900 hPa. By subsequently increasing the temperature to preferably not more than 250 ° C., more preferably not more than 200 ° C., the reaction of the polyazole (A) with the aldehyde reagent (B) can be started or accelerated.
Im erfindungsgemäßen dritten Schritt der Verfahrensvariante 2 wird Aldehydreagenz (B) zugegeben um so die Reaktion des Polyazols (A) mit dem Aldehydreagenz (B) zu ermöglichen, wobei die gegebenenfalls durchgeführte Trocknung vor oder nach Zugabe der Komponente (B) erfolgen kann. Falls im dritten Schritt der Verfahrensvariante 2 Lösungsmittel ganz oder teilweise entfernt werden soll, erfolgt dies bevorzugt vor Zugabe von Aldehydrea- genz (B) . In the third step of process variant 2 according to the invention aldehyde reagent (B) is added so as to allow the reaction of the polyazole (A) with the aldehyde reagent (B), wherein the optionally carried out drying before or after the addition of component (B). If, in the third step of process variant 2, solvent is to be removed completely or partially, this is preferably carried out before addition of aldehyde reagent (B).
Das Trocknen des Films im dritten Schritt der erfindungsgemäßen Variante 2 wird bevorzugt bei Temperaturen von 40 bis 250°C, besonders bevorzugt bei 80 bis 200°C, insbesondere bei 80 bis 150°C, durchgeführt. Durch Reduzierung des Umgebungsdrucks unter 900 hPa kann das Trocknen beschleunigt werden. Falls der Film erst nach Zugabe der Komponente (B) getrocknet werden soll, was nicht bevorzugt ist, werden eher niedrigere Temperaturen gewählt, bei denen eine Vernetzungsreaktion noch nicht oder nur verzögert stattfindet. The drying of the film in the third step of variant 2 of the invention is preferably carried out at temperatures of 40 to 250 ° C, more preferably at 80 to 200 ° C, in particular at 80 to 150 ° C. By reducing the ambient pressure below 900 hPa, drying can be accelerated. If the film is to be dried only after the addition of component (B), which is not preferred, rather low temperatures are selected at which a crosslinking reaction is not or only delayed takes place.
Im erfindungsgemäßen dritten Schritt der Verfahrensvariante 2 wird Aldehydreagenz (B) zugegeben, beispielsweise durch Eintauchen, Besprühen oder durch Begasen des im zweiten Schritt, ge- gebenenfalls nach vorangehender Trocknung, erhaltenen Polymerfilms. Anschließend kann die Vernet ungsreaktion durch eine Temperaturerhöhung bis auf vorzugsweise maximal 250°C, besonders bevorzugt maximal 200 °C beschleunigt werden. Bevorzugt wird dabei im erfindungsgemäßen dritten Verfahrens- schritt der Variante 2 der gegebenenfalls ganz oder teilweise getrocknete Film auf dem Träger oder als selbsttragender Film in ein Bad, das ein Aldehydreagenz (B) enthält {Variante 2a) , eingetaucht, oder er wird in einer Formaldehydgas-haltigen At- mosphäre (Variante 2b) gelagert. Ein Bad gemäß Variante 2a enthält bevorzugt eine wässrige Lösung mit 10 bis 50 Gew.% Aldehyd, das gegebenenfalls mit Alkohol stabilisiert ist. Das Bad kann auch eine Säure, wie beispielsweise Orthophosphorsäure, enthalten. Das Eintauchen in das Bad kann in Inertgasatmosphäre, wie etwa unter Argon- oder Stickstoff-Spülung, oder auch in Anwesenheit von Sauerstoff durchgeführt werden, beispielsweise an Luft. Bei Variante 2b besteht die Formaldehydgas-haltige At- mosphäre bevorzugt aus mehr als 5 Gew.% Formaldehyd in einemIn the third step of process variant 2 according to the invention, aldehyde reagent (B) is added, for example by immersion, spraying or by gassing of the polymer film obtained in the second step, if appropriate after preceding drying. Subsequently, the crosslinking reaction can be accelerated by raising the temperature to preferably not more than 250 ° C., more preferably not more than 200 ° C. Preferably, in the third process step of variant 2 according to the invention, the optionally completely or partially dried film is immersed on the support or as a self-supporting film in a bath containing an aldehyde reagent (B) (variant 2a), or it is dissolved in a formaldehyde gas containing atmosphere (variant 2b). A bath according to variant 2a preferably contains an aqueous solution with 10 to 50% by weight of aldehyde, which is optionally stabilized with alcohol. The bath may also contain an acid such as orthophosphoric acid, contain. Immersion in the bath may be carried out in an inert gas atmosphere, such as under argon or nitrogen purge, or even in the presence of oxygen, for example in air. In variant 2b, the atmosphere containing formaldehyde gas preferably consists of more than 5% by weight of formaldehyde in one
Inertgas, wie beispielsweise Argon oder Stickstoff, und enthält bevorzugt 0 Gew.% bis 0,01 Gew.% Sauerstoff und besonders bevorzugt keinen Sauerstoff. Das Lagern in einer Formaldehydgas- haltigen Atmosphäre kann auch durchgeführt werden, nachdem der Film ganz oder teilweise getrocknet und anschließend mit einer starken Säure, wie beispielsweise Orthophosphorsäure, dotiert wurde . Inert gas, such as argon or nitrogen, and preferably contains 0 wt.% To 0.01 wt.% Of oxygen, and more preferably no oxygen. Storage in a formaldehyde gas-containing atmosphere may also be carried out after the film has been wholly or partially dried and then doped with a strong acid such as orthophosphoric acid.
Die notwendige Dauer der Behandlung des Films mit Aldehydrea- genzien (B) im erfindungsgemäßen dritten Schritt der Variante 2 ist durch die Diffusionsgeschwindigkeit des Aldehydreagenz in den Film bestimmt und kann nicht pauschal angegeben werden. Die optimale Dauer kann abhängig von der Temperatur, der Konzentration des Aldehyds im Bad oder der Atmosphäre und der Material- Zusammensetzung und Dicke des Films jeweils experimentell bestimmt werden. The necessary duration of treatment of the film with aldehyde reagents (B) in the third step of variant 2 according to the invention is determined by the rate of diffusion of the aldehyde reagent into the film and can not be stated as a whole. The optimum duration can be determined experimentally depending on the temperature, the concentration of the aldehyde in the bath or the atmosphere and the material composition and thickness of the film.
Die erfindungsgemäße Reaktion im dritten Schritt der Varianten 1 und 2 wird bevorzugt in einer Inertgasatmosphäre, wie etwa unter Argon- oder Stickstoff-Spülung, durchge ührt, kann jedoch auch in Anwesenheit von Sauerstoff, beispielsweise an Luft, durchgeführt werden, wenn kein Formaldehydgas (B) verwendet wird. Die an Luft durchgeführten Teilschritte im erfindungsgemäßen dritten Schritt der Verfahrensvarianten 1 und 2 werden in einer staubarmen Umgebung oder in einer Reinraumumgebung durchge- führt, was zur Sicherung einer konstanten Filmqualität beiträgt . The reaction according to the invention in the third step of variants 1 and 2 is preferably carried out in an inert gas atmosphere, such as under argon or nitrogen purge, but can also be carried out in the presence of oxygen, for example in air, if no formaldehyde gas (B ) is used. The substeps carried out in air in the third step of process variants 1 and 2 according to the invention are carried out in a low-dust environment or in a clean room environment. leads, which helps to ensure a constant film quality.
Die gewünschte Dicke des Polymerfilms nach dem dritten Schritt hängt von den Anforderungen der jeweiligen Anwendung ab. Als semipermeable Membranen werden dünne Schichten zwischen 1 und 20 μηι bevorzugt, insbesondere wenn der Film von einem porösen Träger mechanisch gestützt wird. Als selbsttragender Film, wie beispielsweise bei der Anwendung als Polymerelektrolytmembran, beträgt die Dicke des trockenen Polymerfilms bevorzugt zwischen 20 und 200 μπι. Falls der Polymerfilm nach dem dritten Schritt Polyphosphorsäure enthält, beträgt die Filmdicke bevorzugt zwischen 30 und 500 μτη. Bevorzugt werden im erfindungsgemäßen dritten Schritt der Verfahrensvarianten 1 und 2 Polymerfilme mit einer Dicke von 1 bis 500 um, besonders bevorzugt von 5 bis 200 μτη, hergestellt. The desired thickness of the polymer film after the third step depends on the requirements of the particular application. As semipermeable membranes thin layers between 1 and 20 μηι are preferred, especially when the film is mechanically supported by a porous support. As a self-supporting film, such as when used as a polymer electrolyte membrane, the thickness of the dry polymer film is preferably between 20 and 200 μπι. If the polymer film contains polyphosphoric acid after the third step, the film thickness is preferably between 30 and 500 μm. In the third step of process variants 1 and 2 according to the invention, preference is given to producing polymer films having a thickness of from 1 to 500 .mu.m, more preferably from 5 to 200 .mu.m.
Sobald der Polymerfilm eine ausreichende mechanische Stabilität besitzt, kann dieser vom Träger abgelöst werden. Dies kann nach Beendigung des dritten Schritts oder nach dem gegebenenfalls durchgeführten Trocknen im dritten Schritt erfolgen. Der Polymerfilm kann auch auf dem Träger verbleiben, falls dies für die Anwendung erwünscht ist. As soon as the polymer film has sufficient mechanical stability, it can be detached from the carrier. This can be done after completion of the third step or after the optional drying in the third step. The polymer film may also remain on the support if desired for the application.
Das Erhitzen des Polymerfilms im erfindungsgemäßen dritten Schritt der Verfahrensvarianten 1 und 2 kann nach beliebigen und bisher bekannten Verfahren erfolgen, wie beispielsweise in einem Heißluftofen oder durch Kontakt mit heißen Oberflächen. The heating of the polymer film in the third step of process variants 1 and 2 according to the invention can be carried out by any desired methods known hitherto, for example in a hot-air oven or by contact with hot surfaces.
Der erfindungsgemäße dritte Schritt der Variante 1 wie auch Variante 2 kann bei unterschiedlichen Drücken durchgeführt wer- den, bevorzugt beim Druck der umgebenden Atmosphäre, also bei 900 bis 1100 hPa . The third step according to the invention of variant 1 as well as variant 2 can be carried out at different pressures. the, preferably at the pressure of the surrounding atmosphere, ie at 900 to 1100 hPa.
Der erfindungsgemäße dritte Schritt kann kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden. Falls der erfindungsgemäße dritte Schritt kontinuierlich durchgeführt werden soll, kann beispielsweise ein Trockenofen oder beheizte Walzen/Bänder, z.B. aus Edelstahl oder Sintermetall, oder ein Schwebetrockner verwendet werden. The third step according to the invention can be carried out continuously or discontinuously. If the third step according to the invention is to be carried out continuously, for example, a drying oven or heated rolls / belts, e.g. made of stainless steel or sintered metal, or a floating dryer can be used.
Im erfindungsgemäßen dritten Schritt der Varianten 1 und 2 werden nun Polymerfilme erhalten, die neben den Polyazolen gegebenenfalls eine Restmenge von Lösemittel sowie gegebenen alls weitere Stoffe aufweisen. Die Qualität der Vernetzung der er- haltenen Polymerfilme kann durch die Bestimmung der in N, N-In the third step of variants 1 and 2 according to the invention, polymer films are now obtained which, in addition to the polyazoles, optionally have a residual amount of solvent and also all other substances. The quality of crosslinking of the polymer films obtained can be determined by determining the in N, N
Dimethylacetamid löslichen Anteile an Polyazol in der Polymerfolie beurteilt werden. Dimethylacetamide soluble proportions of polyazole in the polymer film can be assessed.
Die Auswahl der erfindungsgemäßen Verfahrensvariante richtet sich nach der beabsichtigten Anwendung der erfindungsgemäßen Polymere und insbesondere danach, ob diese als eher massives Material oder als dünne Filme oder Fasern verwendet werden. Beispielsweise wird für die Vernetzung eines massiven Formkörpers das Aldehydreagenz (B) bevorzugt im ersten Schritt in eine Mischung mit dem Polyazol (A) eingebracht, also bevorzugt Variante 1 durchgeführt. Sollen aus dem Polyazol dünne Filme oder Fasern hergestellt werden, dann kann das Aldehydreagenz (B) gemäß Verfahrensvariante 2 auch im dritten Schritt zugeführt werden, beispielsweise durch Eintauchen oder Besprühen mit einer Lösung, die ein Aldehydreagenz enthält, oder durch Begasen mit Formaldehyd . Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass es einfach in der Durchführung ist. The selection of the process variant according to the invention depends on the intended use of the polymers of the invention and in particular on whether they are used as a rather massive material or as thin films or fibers. For example, for the crosslinking of a solid shaped body, the aldehyde reagent (B) is preferably introduced in the first step into a mixture with the polyazole (A), that is to say variant 1 is preferably carried out. If thin films or fibers are to be produced from the polyazole, the aldehyde reagent (B) according to process variant 2 can also be supplied in the third step, for example by immersion or spraying with a solution containing an aldehyde reagent, or by gassing with formaldehyde. The method according to the invention has the advantage that it is easy to carry out.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass es unter schonenden Temperaturbedingungen durchgeführt werden kann und damit eine nachträgliche Verspröden der Polymere vermieden wird. Auch ist die Auswahl an weiteren Stoffen (D) zur Modifikation der Filmeigenschaften weniger eingeschränkt als bei einem Verfahren, in dem die Filme einer starken thermischen Be~ lastung ausgesetzt sind. The process according to the invention has the advantage that it can be carried out under mild temperature conditions and thus subsequent embrittlement of the polymers is avoided. Also, the choice of other materials (D) for modifying the film properties is less limited than a process in which the films are subjected to severe thermal stress.
Des Weiteren hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass es eine hydrolytisch und oxidativ stabile Vernetzung auf Basis eines einfachen und kostengünstigen Vernetzers erlaubt. Furthermore, the method according to the invention has the advantage that it allows a hydrolytically and oxidatively stable crosslinking based on a simple and inexpensive crosslinker.
Aufgrund der Variabilität des eingesetzten Verfahrens kann die Vorgehensweise je nach gewünschtem Endprodukt und bevorzugter Produktionsführung maßgeschneidert werden. Die erfindungsgemäßen bzw. erfindungsgemäß hergestellten Polymerfilme können nun für alle Zwecke eingesetzt werden, für die auch bisher Polymerfilme eingesetzt worden sind. Due to the variability of the method used, the procedure can be customized depending on the desired end product and preferred production management. The polymer films according to the invention or produced according to the invention can now be used for all purposes for which polymer films have hitherto also been used.
Abhängig von der beabsichtigten Verwendung kann der erfindungs- gemäße Polymerfilm in weiteren Verfahrensschritten nach an sich bekannten Verfahren modifiziert werden. Für die Anwendung als Polymerelektrolytmembran kann man den im dritten Schritt der Verfahrensvarianten 1 und 2 erhaltenen Polymerfilm in einem gegebenenfalls durchgeführten weiteren Schritt mit einer starken Säure dotieren, sofern diese nicht bereits in einem vorangehenden Verfahrensschritt als Lösemittel eingesetzt wurde. Als starke Säuren sollen hier Säuren mit einem pKs von bevorzugt kleiner als 4 verstanden werden. Es ist auch möglich, einen solchen weiteren Verf hrensschritt mit dem dritten Schritt der Verfahrensvariante 2 zusammenzufassen und so beispielsweise das Aldehydreagenz (B) gemeinsam mit einer starken Säure in den Polymerfilm einzubringen. Depending on the intended use, the polymer film according to the invention can be modified in further process steps by methods known per se. For use as a polymer electrolyte membrane, the polymer film obtained in the third step of process variants 1 and 2 can be doped with a strong acid in a further step, if appropriate, unless it has already been used as solvent in a preceding process step. As strong acids should here acids with a pK s of preferably less than 4 are understood. It is also possible to have one such further Verfhenensschritt to summarize with the third step of the process variant 2 and so for example to introduce the aldehyde reagent (B) together with a strong acid in the polymer film.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Polymerelektrolyt- membranen aus Polymeren auf der Basis von Polyazolen, die mindestens eine Gruppierung ausgewählt aus Another object of the invention are polymer electrolyte membranes of polymers based on polyazoles, the at least one group selected from
-NR2-CR12-NR2 (I) und-NR 2 -CR 1 2-NR 2 (I) and
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enthalten, wobei die Reste und Indizes die obengenannte Bedeu tung haben, mit der Maßgabe, dass kein Stickstoff in den Grup pierungen der Formel (I) und (II) ringbildendes Element eines aromatischen Rings sein darf, die mit einer starken Säure dotiert sind. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Polymerelektrolytmembranen, dadurch gekennzeichnet, dass Polyazole (A) , die mindestens eine primäre oder sekundäre Aminogruppe enthalten, mit Aldehydreagenzien (B) zur Reaktion gebracht werden und anschließend in einem Dotier- schritt mit einer starken Säure dotiert werden.
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wherein the radicals and indices have the abovementioned meaning, with the proviso that no nitrogen may be in the groupings of the formula (I) and (II) ring-forming element of an aromatic ring, which are doped with a strong acid. Another object of the present invention is a process for the preparation of polymer electrolyte membranes, characterized in that polyazoles (A) containing at least one primary or secondary amino group are reacted with aldehyde reagents (B) and then in a doping step with a strong acid can be doped.
Im Hinblick auf die Stabilität des Polymerfilms und der für die Handhabung von starken Säuren bei hohen Temperaturen erforderlichen Sicherheitsvorkehrungen erfolgt das Dotieren im erfin- dungsgemäß gegebenenfalls durchgeführten Dotierschritt vorzugsweise unter 200°C, besonders bevorzugt bei 20 bis 160°C, insbesondere bei 35 bis 130°C. Nach einer Variante des gegebenenfalls durchgeführten Dotierschritts wird der erfindungsgemäße Polymerfilra in eine hochkonzentrierte starke Säure über einen Zeitraum von bevorzugt höchstens 5 Stunden und besonders bevorzugt 1 Minute bis 1 Stunde, eingetaucht, wobei eine höhere Temperatur die Eintauchzeit verkürzt . With regard to the stability of the polymer film and the safety precautions required for handling strong acids at high temperatures, doping in the doping step optionally carried out is preferably carried out below 200 ° C., more preferably at 20 to 160 ° C., in particular 35 to 130 ° C. According to a variant of the optional doping step, the polymer film according to the invention is immersed in a highly concentrated strong acid over a period of preferably not more than 5 hours and more preferably 1 minute to 1 hour, with a higher temperature shortening the immersion time.
Die Menge der eingesetzten Säure im erfindungsgemäß gegebenenfalls durchgeführten Dotierschritt beträgt bei dieser Variante üblicherweise die 5~ bis 10000-fache Menge, bevorzugt die 6- bis 5000-fache Menge, besonders bevorzugt die 6- bis 1000-fache Menge, jeweils bezogen auf das Gewicht des Polymers (A) im Polymerfilm. Alternativ kann nach einer weiteren Variante des gegebenenf lls durchgeführten Dotierschritts eine starke Säure dosiert auf den Polymerfilm auftragen werden und der Film erwärmt werden bis der Film die Säure vollständig absorbiert hat. Die Menge der eingesetzten Säure im erfindungsgemäß gegebenenfalls durchge- führten Dotierschritt beträgt bei dieser Variante üblicherweise die 2- bis 10 -fache Menge, bevorzugt die 3- bis 8 -fache Menge, jeweils bezogen auf das Gewicht des Polymerfilms. The amount of acid used in the doping step optionally carried out in this variant is usually from 5 to 10,000 times, preferably from 6 to 5,000 times, more preferably from 6 to 1,000 times, in each case based on weight of the polymer (A) in the polymer film. Alternatively, according to another variant of the doping step, a strong acid may be metered onto the polymer film and the film heated until the film has completely absorbed the acid. The amount of acid used in the doping step which may optionally be carried out according to the invention in this variant is usually 2 to 10 times, preferably 3 to 8 times, in each case based on the weight of the polymer film.
Nach einer weiteren Variante des gegebenenfalls durchgeführten Dotierschritts wird der Polymerfilm für die Herstellung einer Membran-Elektrodeneinheit zwischen zwei mit Säure getränkten Gasdiffusionselektroden gepresst. Die Menge der eingesetzten Säure im erfindungsgemäß gegebenenfalls durchgeführten Dotierschritt beträgt bei dieser Variante üblicherweise die 2- bis 10 -fache Menge, bevorzugt die 3- bis 8-fache Menge, jeweils bezogen auf das Gewicht des Polymerfilms. Als starke Säuren im erfindungsgemäßen Dotierschritt kommen protische starke Säuren in Betracht, wie beispielsweise Phosphor-haltige Säuren und Schwefelsäure. Im Rahmen der vorliegen- den Erfindung versteht man unter "Phosphor-haltige Säuren" Po- lyphosphorsäure, Phosphonsäure (H3P03) , Orthophosphorsäure According to a further variant of the optional doping step, the polymer film is pressed between two acid-impregnated gas diffusion electrodes for the production of a membrane electrode assembly. The amount of acid used in the doping step optionally carried out according to the invention in this variant is usually 2 to 10 times, preferably 3 to 8 times, in each case based on the weight of the polymer film. As strong acids in the doping step according to the invention are protic strong acids, such as phosphorus-containing acids and sulfuric acid. In the context of the present invention, "phosphorus-containing acids" is understood as meaning polyphosphoric acid, phosphonic acid (H 3 PO 3 ), orthophosphoric acid
(H3PO4) , Pyrophosphorsäure {H4P207) , Triphosphorsäure (H5P3Oi0) und Metaphosphorsäure . (H 3 PO 4 ), pyrophosphoric acid {H 4 P 2 0 7 ), triphosphoric acid (H 5 P 3 Oi 0 ) and metaphosphoric acid.
Weil das Polymer im erfindungsgemäßen Film bei zunehmender Kon- zentration der starken Säure mit einer größeren Zahl von Molekülen starker Säure imprägniert werden kann, hat die Phosphorhaltige Säure, insbesondere Orthophosphorsäure, vorzugsweise eine Konzentration von mindestens 70 Gew.% und besonders bevorzugt mindestens 85 Gew.% in Wasser. Since the polymer in the film according to the invention can be impregnated with a larger number of molecules of strong acid with increasing concentration of the strong acid, the phosphorus-containing acid, in particular orthophosphoric acid, preferably has a concentration of at least 70% by weight and more preferably at least 85% by weight. % in water.
Der erfindungsgemäße gegebenenfalls durchgeführte Dotierschritt wird beim Druck der umgebenden Atmosphäre, also 900 bis 1100 hPa, durchgeführt. Er kann aber auch bei niedrigeren oder höheren Drücken durchgeführt werden. The optionally performed doping step according to the invention is carried out at the pressure of the surrounding atmosphere, ie 900 to 1100 hPa. It can also be performed at lower or higher pressures.
Die erfindungsgemäß im Dotierschritt erhaltene Polymerelektro- lytmembran ist protonenleitend und kann daher vorzugsweise als Elektrolyt für Brennstoffzellen oder Elektrolysezellen verwendet werden. Der Polymerelektrolyt ist dabei nicht auf die Ver- Wendung für Zellen beschränkt, sondern kann beispielsweise auch als Elektrolyt für ein Anzeigeelement, ein elektrochromes Element oder verschiedene Sensoren verwendet werden. The polymer electrolyte membrane obtained according to the invention in the doping step is proton-conducting and can therefore be used preferably as an electrolyte for fuel cells or electrolysis cells. The polymer electrolyte is not limited to the use for cells, but can also be used, for example, as the electrolyte for a display element, an electrochromic element or various sensors.
Jede einzelne Zelle in einer Brennstof zelle enthält in der Re- gel eine erfindungsgemäße Polymerelektrolytmembran und zweiEach individual cell in a fuel cell usually contains a polymer electrolyte membrane according to the invention and two
Elektroden, zwischen denen die Polymerelektrolytmembran sandwichartig angeordnet ist. Die Elektroden weisen jeweils eine katalytisch aktive Schicht und eine poröse Gasdiffusionsschicht auf . Electrodes between which the polymer electrolyte membrane is sandwiched. The electrodes each have one catalytically active layer and a porous gas diffusion layer.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen bzw. erfindungsgemäß hergestellten Polymer- elektrolytmembranen zur Herstellung von Membran-Elektroden- Einheiten für Brennstoffzellen oder Elektrolysezellen. Another object of the invention is the use of the invention or inventively produced polymer electrolyte membranes for the production of membrane electrode assemblies for fuel cells or electrolysis cells.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Membran- Elektroden-Einheit enthaltend mindestens eine Elektrode und mindestens einen erfindungsgemäße bzw. erfindungsgemäß hergestellte Polymerelektrolytmembran. Another object of the invention is a membrane-electrode assembly containing at least one electrode and at least one inventive or inventively prepared polymer electrolyte membrane.
Die erfindungsgemäßen Polymere und Polymerfilme haben den Vor- teil, dass sie eine hohe mechanische Stabilität sowie eine ausgezeichnete thermische und chemische Langzeitstabilität besitzen. Insbesondere bei Verwendung von Polyazolen mit überwiegend Aminogruppen als Endgruppen, die über diese Endgruppen vernetzt werden, erhält man besonders homogene und flexible Filme. The polymers and polymer films according to the invention have the advantage that they have high mechanical stability and excellent long-term thermal and chemical stability. Especially when using polyazoles having predominantly amino groups as end groups which are crosslinked via these end groups, particularly homogeneous and flexible films are obtained.
Aufgrund der unterschiedlichen Permeabilitäten und Selektivitäten der erfindungsgemäßen Polymerfilme für Flüssigkeiten und Gase eignen sie sich ausgezeichnet als semipermeable Membranen. Gegenstand der Erfindung ist daher auch die Verwendung der erfindungsgemäßen bzw. der erfindungsgemäß hergestellten Polymerfilme als semipermeable Membran zur Trennung von Flüssigkeiten und Gasen. Wegen der hohen Temperatur- oder Korrosionsbeständigkeit eignen sich die erfindungsgemäßen Polymere auch besonders für die Herstellung von Beschichtungen, Fasern, Geweben, Vliesen oder Textilien, bei denen diese Eigenschaften gefordert sind. Zu den bekannten Verfahren zur Herstellung von Fasern gehört insbesondere das Spinnen oder Extrudieren. Werden diese Verfahren im zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens anstelle der bevorzugten Auftragung auf einen Träger durchgeführt, so erhält man anstelle des erfindungsgemäßen Films erfindungsgemäße dünne Fasern auf Basis von Polyazolen gemäß Erfindung, deren mechanischen Eigenschaften sich durch die kovalente Vernetzung gegenüber solchen aus unvernetzten Polyazolen deutlich unterscheiden. Due to the different permeabilities and selectivities of the polymer films according to the invention for liquids and gases, they are outstandingly suitable as semipermeable membranes. The invention therefore also relates to the use of the polymer films according to the invention or the polymer films produced according to the invention as a semipermeable membrane for the separation of liquids and gases. Because of the high temperature or corrosion resistance, the polymers of the invention are also particularly suitable for the production of coatings, fibers, fabrics, nonwovens or textiles, where these properties are required. To the known processes for the production of fibers include, in particular, spinning or extrusion. If these processes are carried out in the second step of the process according to the invention instead of the preferred application to a support, instead of the film according to the invention thin fibers based on polyazoles according to the invention are obtained, the mechanical properties of which differ significantly from those of uncrosslinked polyazoles due to the covalent crosslinking ,
Wird dagegen im zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Träger verwendet, welcher nach dem erfindungsgemäßen dritten Schritt nicht entfernt wird, beispielsweise ein Gewebe, Vlies oder Textil, so erhält man eine Beschichtung . Bevorzugt werden dabei solche Substrate, welche aufgrund von enthaltenen Hydroxy- oder Aminogruppen eine kovalente Anbindung der Beschichtung auf das Substrat durch das Aldehydreagenz (B) erlauben. If, in contrast, a carrier is used in the second step of the process according to the invention which is not removed after the third step according to the invention, for example a woven, non-woven or textile, a coating is obtained. Preference is given to those substrates which allow covalent attachment of the coating to the substrate by the aldehyde reagent (B) due to the presence of hydroxyl or amino groups.
In den nachfolgenden Beispielen beziehen sich alle Angaben von Teilen und Prozentsätzen, soweit nicht anders angegeben, auf das Gewicht. Sofern nicht anders angegeben, werden die folgenden Beispiele an Luft bei einem Druck der umgebenden Atmosphäre, also bei etwa 1000 hPa, und bei Raumtemperatur, also etwa 2Q°C bzw. einer Temperatur, die sich beim Zusammengeben der Reaktanden bei Raumtemperatur ohne zusätzliche Heizung oder Kühlung einstellt, durchgeführt. Die bei den Versuchen eingesetzte Luft enthält 23 Gew.% Sauerstoff und 50 % relative Feuchte. Alle in den Beispielen angeführten Viskositätsangaben beziehen sich auf eine Temperatur von 25 °C. In the following examples, all parts and percentages are by weight unless otherwise specified. Unless otherwise indicated, the following examples are air at ambient atmospheric pressure, ie, at about 1000 hPa, and at room temperature, ie, about 2Q ° C, or a temperature obtained by combining the reactants at room temperature without additional heating or Cooling stops, carried out. The air used in the experiments contains 23% by weight of oxygen and 50% relative humidity. All viscosity data given in the examples refer to a temperature of 25 ° C.
Die Inhärentviskosität wurde in den nachfolgenden Beispielen wie folgt gemessen: Das Polymer wird zunächst bei 160°C für 2 h getrocknet, 400 mg des so getrockneten Polymers werden dann während 4 Stunden bei 80 °C in 100 ml konzentrierter Schwefelsäure (Konzentration 95- 97 Gew.%) gelöst. Die inhärente Viskosität wird aus dieser 0,4 %igen (w/v) Lösung gemäß ISO 3105 mit einem Ubbelohde Inherent viscosity was measured in the following examples as follows: The polymer is first dried at 160 ° C for 2 h, 400 mg of the thus dried polymer are then dissolved for 4 hours at 80 ° C in 100 ml of concentrated sulfuric acid (concentration 95- 97 wt.%). The inherent viscosity is made from this 0.4% (w / v) solution according to ISO 3105 with an Ubbelohde
Viskosimeter bei einer Temperatur von 25°C ermittelt. Viscometer determined at a temperature of 25 ° C.
Die Löslichkeit des Polyazolanteils der hergestellten Polymerfilme wurde in den nachfolgenden Beispielen wie folgt bestimmt {„Löslichkeitstest") : The solubility of the polyazole portion of the polymer films produced was determined in the following examples as follows {"Solubility Test"):
Das Membranstück wird bei 150°C getrocknet, gewogen und eine Stunde bei 130°C und 1000 hPa in N, N-Dimethylacetamid extrahiert. Danach wird die Membran erneut bei 150°C bis zur Gewichtskonstanz getrocknet und dann gewogen.  The membrane piece is dried at 150 ° C, weighed and extracted for one hour at 130 ° C and 1000 hPa in N, N-dimethylacetamide. Thereafter, the membrane is again dried at 150 ° C to constant weight and then weighed.
Die Hydrolyse-Stabilität der hergestellten Polymerfilme wurde in den nachfolgenden Beispielen wie folgt bestimmt: The hydrolysis stability of the polymer films produced was determined in the following examples as follows:
Eine ca. 2 cm2 große Probe des fertigen Films wird in 100 ml einer 85 %igen ortho- hosphorsäure in einem geschlossenen Glas- gefäß 240 h bei 150°C gelagert. Nach dem Test wird der Zustand der Proben visuell beurteilt. An approximately 2 cm 2 sample of the finished film is stored in 100 ml of 85% orthophosphoric acid in a closed glass vessel at 150 ° C for 240 h. After the test, the condition of the samples is assessed visually.
Beispiel 1 example 1
Herstellen von Amin-terminiertem Polybenzimidazol  Preparation of amine-terminated polybenzimidazole
107,1 g 3 , 3 ' -Diaminobenzidin (0,5 mol) und 79,5 g Isophthalsäu- re (0,475 mol) (Molverhältnis 1,053; Aminüberschuss) wurden in 2,0 kg Polyphosphorsäure eingerührt und in einen beheizbaren Reaktor (5 1} eingefüllt, der mit Schutzgas Argon gespült wurde. Der Ansatz wurde auf 190 °C (Manteltemperatur) erhitzt und 20 Stunden gerührt. Das Reaktionsprodukt wurde in Wasser gefällt, damit gewaschen und in 550 g einer 10 Gew.%igen Natrium- hydrogencarbonat-Lösung neutralisiert. Danach wurde das Polybenzimidazol erneut mit Wasser gewaschen, abfiltriert, bei 130°C im Vakuum getrocknet und mit einer elektrischen Mühle vermählen. Die Ausbeute betrug 132,3 g. 107.1 g of 3,3'-diaminobenzidine (0.5 mol) and 79.5 g of isophthalic acid (0.475 mol) (molar ratio 1.053, amine excess) were stirred into 2.0 kg of polyphosphoric acid and introduced into a heatable reactor (5 l The batch was heated to 190 ° C. (jacket temperature) and stirred for 20 hours The reaction product was precipitated in water, washed with it and suspended in 550 g of a 10% strength by weight sodium bicarbonate solution The polybenzimidazole was then washed again with water, filtered off, at Dried at 130 ° C in a vacuum and ground with an electric mill. The yield was 132.3 g.
Das so hergestellte Polybenzimidazol hatte eine inhärente Viskosität von 0,70 dl/g.  The polybenzimidazole thus prepared had an inherent viscosity of 0.70 dl / g.
Herstellen und Charakterisieren eines vernetzten Films aus Polybenzimidazol mit Aldehydreagenz in der Lösung Preparation and characterization of a crosslinked polybenzimidazole film with aldehyde reagent in the solution
la) 15,0 g des oben hergestellten Polybenzimidazols (PBI) wurden in 85,0 g N, N-Dimethylacetamid (DMAc) in einem Druckreaktor (Büchi iniclave, 200 ml) unter Rühren bei einer Temperatur von 200 °C gelöst. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur wurden 0,3 g Pa- raformaldehyd hinzugegeben. Anschließend wurde die Lösung einige Minuten gerührt, bis sich das Paraformaldehyd vollständig gelöst hatte. la) 15.0 g of the polybenzimidazole (PBI) prepared above were dissolved in 85.0 g of N, N-dimethylacetamide (DMAc) in a pressure reactor (Buchi iniclave, 200 ml) with stirring at a temperature of 200 ° C. After cooling to room temperature, 0.3 g of paraformaldehyde was added. Subsequently, the solution was stirred for a few minutes until the paraformaldehyde had completely dissolved.
Nach Filtration und Entgasung wurde die Lösung bei Raumtemperatur mittels eines Filmziehgeräts mit 0,4 mm Spalthöhe auf eine Trägerfolie aus Polyethylenterephthalat (PET) mit einer Dicke von 0,175 mm (käuflich erhältlich unter dem Handelsnamen „Meli- nex O" bei Pütz GmbH, Deutschland) aufgebracht. Danach wurde der Film 6 h bei 130°C in einem Umlufttrockenschrank erhitzt, dann von der Trägerfolie getrennt und anschließend weitere 6 h bei 180°C in einem Umlufttrockenschrank erhitzt. Die Dicke des so erhaltenen Films betrug 30 bis 35 um. After filtration and degassing, the solution was applied at room temperature by means of a film-drawing device with a gap of 0.4 mm to a polyethylene terephthalate (PET) support film having a thickness of 0.175 mm (commercially available under the trade name "Melenex O" from Pütz GmbH, Germany). Thereafter, the film was heated for 6 hours at 130 ° C. in a circulating-air drying oven, then separated from the carrier film and then heated for a further 6 hours at 180 ° C. in a circulating air drying oven The thickness of the film thus obtained was 30 to 35 μm.
Mit diesem Film wurden ein Löslichkeitstest und ein Hydrolyse- Test nach den oben beschriebenen Verfahren durchgeführt. Die With this film, a solubility test and a hydrolysis test were carried out according to the methods described above. The
Gewichtsabnahme nach einer Stunde in 130°C heißem N, -Dimethylacetamid betrug 4 %. Der Hydrolyse-Test in 150°C heißer Phosphorsäure ergab, dass der Film zwar aufquillt, seine Form sonst aber beibehält. lb) 12,0 g des oben hergestellten Polybenzimidazols PBI wurden in 88,0 g DMAc in einem Druckreaktor (Büchi Miniclave, 200 ml) unter Rühren bei einer Temperatur von 200°C gelöst. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur wurden 3,24 g methanolhaltige Formalin- lösung (37 Gew,% Formaldehyd, 12 Gew.% Methanol, 51 Gew.% Wasser) unter Rühren zugetropft. Weight loss after one hour in 130 ° C hot N, -Dimethylacetamid was 4%. The hydrolysis test in 150 ° C hot phosphoric acid showed that although the film swells, but otherwise retains its shape. 1b) 12.0 g of the polybenzimidazole PBI prepared above were dissolved in 88.0 g of DMAc in a pressure reactor (Büchi miniclave, 200 ml) with stirring at a temperature of 200 ° C. After cooling to room temperature, 3.24 g of methanol-containing formalin solution (37% by weight of formaldehyde, 12% by weight of methanol, 51% by weight of water) were added dropwise with stirring.
Danach wurde die Lösung bei Raumtemperatur mittels eines Filmziehgeräts (0,4 mm Spalthöhe) auf eine Trägerfolie aus Polye- thylenterephthalat (PET) mit einer Dicke von 0,175 mm (käuflich erhältlich unter dem Handelsnamen „Melinex 0 bei Pütz GmbH, Deutschland) aufgebracht. Nach Trocknung (jeweils 10 min bei 80°C, 100°C und 30 min bei 150°C) wurde der Film von der Trägerfolie getrennt. Anschließend wurde die Folie in einem Umlufttrockenschrank 2 h in 200 °C heißer Luft erhitzt. Die Film- dicke betrug 30 bis 35 μτη.  Thereafter, the solution was applied at room temperature by means of a film applicator (0.4 mm gap height) on a carrier film of polyethylene terephthalate (PET) with a thickness of 0.175 mm (commercially available under the trade name "Melinex 0 at Pütz GmbH, Germany). After drying (each 10 minutes at 80 ° C, 100 ° C and 30 min at 150 ° C), the film was separated from the carrier film. Subsequently, the film was heated in a convection oven for 2 h in 200 ° C hot air. The film thickness was 30 to 35 μm.
Mit diesem Film wurden ein Löslichkeitstest und ein Hydrolyse- Test nach den oben beschriebenen Verfahren durchgeführt. Die Gewichtsabnahme nach einer Stunde in 130°C heißem N, -Dimethyl- acetamid betrug 5 %. Der Hydrolyse-Test in 150°C heißer Phos- phorsäure ergab, dass der Film zwar aufquillt, seine Form sonst aber beibehält.  With this film, a solubility test and a hydrolysis test were carried out according to the methods described above. The weight loss after one hour in 130 ° C hot N, -Dimethyl- acetamide was 5%. The hydrolysis test in 150 ° C hot phos- phoric acid showed that the film swells, but otherwise retains its shape.
Beispiel 2 Example 2
Herstellen und Charakterisieren eines Films aus PBI - Vernetzung während der Quellung in Phosphorsäure  Preparation and characterization of a PBI - crosslinked film during swelling in phosphoric acid
12,0 g PBI gemäß Beispiel 1 wurden in 88,0 g DMAc in einem Druckreaktor (Büchi Miniclave, 200 ml) unter Rühren bei einer Temperatur von 200 °C gelöst. Nach Filtration und Entgasung wurde die Lösung bei Raumtemperatur mittels eines Filmziehgeräts (0,4 mm Spalthöhe) auf eine Trägerfolie aus Polyethylentereph- thalat (PET) mit einer Dicke von 0,175 mm (käuflich erhältlich unter dem Handelsnamen „Melinex O" bei Pütz GmbH, Deutschland) aufgebracht. Nach Trocknung (jeweils 10 min bei 80°C, 100°C und 30 min bei 150°C) wurde der Film von der Trägerfolie getrennt. Anschließend wurde er 1 h in eine 130°C heiße wässrige Lösung aus 85 Gew.%iger ortho-Phosphorsäure mit 2 Gew,% Paraformalde- hyd eingelegt. Der gequollene Film wurde aus dem Säurebad entnommen, abgetrocknet und dann zur vollständigen Vernetzung weitere 6 h bei 130 °C getempert. 12.0 g of PBI according to Example 1 were dissolved in 88.0 g of DMAc in a pressure reactor (Büchi Miniclave, 200 ml) with stirring at a temperature of 200 ° C. After filtration and degassing, the solution at room temperature by means of a film applicator (0.4 mm gap height) on a support film of polyethylene terephthalate (PET) with a thickness of 0.175 mm (commercially available under the trade name "Melinex O" at Pütz GmbH, Germany ) applied. After drying (each 10 minutes at 80 ° C, 100 ° C and 30 min at 150 ° C), the film was separated from the carrier film. It was then placed for 1 h in a 130 ° C hot aqueous solution of 85 wt.% Ortho-phosphoric acid with 2 wt,% paraformaldehyde. The swollen film was removed from the acid bath, dried and then annealed at 130 ° C. for a further 6 hours for complete crosslinking.
Aus einer Probe dieses Films wurde die Phosphorsäure wieder entfernt, um einen Löslichkeitstest nach dem oben beschriebenen Verfahren durchführen zu können. Dazu wurde die Probe zuerst in Wasser, dann in wässriger Na2C03 -Lösung und abschließend nochmals in Wasser gewaschen, getrocknet und gewogen. Die Gewichtsabnahme nach einer Stunde in 130°C heißem N, N-Dimethylacetamid betrug 5 %. Der Hydrolyse-Test in 150 °C heißer Phosphorsäure ergab, dass der Film zwar aufquillt, seine Form sonst aber beibehält . From a sample of this film, the phosphoric acid was removed again to be able to carry out a solubility test according to the method described above. For this purpose, the sample was first washed in water, then in aqueous Na 2 C0 3 solution and finally again in water, dried and weighed. The weight loss after one hour in 130 ° C hot N, N-dimethylacetamide was 5%. The hydrolysis test in 150 ° C hot phosphoric acid showed that although the film swells, but otherwise retains its shape.
Beispiel 3 Example 3
Herstellen und Charakterisieren eines Films aus PBI - Vernetzung nach der Quellung in Phosphorsäure  Preparation and characterization of a PBI - crosslinked film after swelling in phosphoric acid
12,0 g PBI gemäß Beispiel 1 wurden in 88,0 g DMAc in einem Druckreaktor (Büchi Miniclave, 200 ml) unter Rühren bei einer Temperatur von 200 °C gelöst. Nach Filtration und Entgasung wurde die Lösung bei Raumtemperatur mittels eines Filmziehgeräts (0,4 mm Spalthöhe) auf eine Trägerfolie aus Polyethylentereph- thalat (PET) mit einer Dicke von 0,175 mm {käuflich erhältlich unter dem Handelsnamen „Melinex 0" bei Pütz GmbH, Deutschland) aufgebracht. Nach Trocknung (jeweils 10 min bei 80°C, 100°C und 30 min bei 150°C) wurde der Film von der Trägerfolie getrennt. Anschließend wurde er 1 h in eine 130°C heiße wässrige Lösung mit 85 Gew.% ortho-Phosphorsäure eingelegt. Der gequollene Film wurde aus dem Säurebad entnommen und abgetrocknet. Anschließend wurde der Film 15 min bei 120 °C in einem Gefäß gelagert, das mit einem Gasgemisch aus 12 Gew.% Formaldehyd und 88 Gew.% Argon gefüllt war. 12.0 g of PBI according to Example 1 were dissolved in 88.0 g of DMAc in a pressure reactor (Büchi Miniclave, 200 ml) with stirring at a temperature of 200 ° C. After filtration and degassing, the solution at room temperature by means of a film applicator (0.4 mm gap height) on a support film of polyethylene terephthalate (PET) with a thickness of 0.175 mm {commercially available under the trade name "Melinex 0" at Pütz GmbH, Germany After drying (10 minutes at 80 ° C., 100 ° C. and 30 minutes at 150 ° C.), the film was separated from the carrier film and then immersed in a 130 ° C. hot aqueous solution containing 85% by weight. The swollen film was removed from the acid bath and dried The film was stored for 15 minutes at 120 ° C in a vessel which was filled with a gas mixture of 12 wt.% Formaldehyde and 88 wt.% Argon.
Aus einer Probe dieses Films wurde die Phosphorsäure wieder entfernt, um einen Löslichkeitstest nach dem oben beschriebenen Verfahren durchführen zu können. Dazu wurde die Probe zuerst in Wasser, dann in wässriger Na2C03 -Lösung und abschließend nochmals in Wasser gewaschen, getrocknet und gewogen. Die Gewichtsabnahme nach einer Stunde in 130°C heißem N, N~Dirnethylacetamid betrug 2 %. Der Hydrolyse-Test in 150°C heißer Phosphorsäure ergab, dass der Film zwar aufquillt, seine Form sonst aber beibehält . From a sample of this film, the phosphoric acid was removed again to be able to carry out a solubility test according to the method described above. For this purpose, the sample was first washed in water, then in aqueous Na 2 C0 3 solution and finally again in water, dried and weighed. The weight loss after one hour in 130 ° C hot N, N ~ Dirnethylacetamid was 2%. The hydrolysis test in 150 ° C hot phosphoric acid showed that although the film swells, but otherwise retains its shape.
Beispiel 4 Example 4
Herstellen und Charakterisieren eines Films aus der PBI-Rohlösung - Vernetzung mit Aldehydreagenz in der PBI-Rohlösung Preparation and characterization of a film from the crude PBI solution - Crosslinking with aldehyde reagent in the crude PBI solution
107,1 g 3 , 3 ' -Diaminobenzidin (0,5 mol) und 79,5 g Isophthalsäu- re (0,475 mol) (Molverhältnis 1,053; Aminüberschu s } wurden in 2,0 kg Polyphosphorsäure eingerührt und in einen beheizbaren Reaktor {5 1) eingefüllt, der mit Schutzgas Argon gespült wurde. Der Ansatz wurde auf 190°C (Manteltemperatur} erhitzt und 20 Stunden gerührt. Anschließend wurde der Ansatz mit 2 Gew.% Paraformaldehyd (bezogen auf PBI) versetzt, bei 170°C auf einer Glasplatte zu einem 120 μτη dicken Film geräkelt, und 12 h bei 130°C getempert. Anschließend wurde die Polyphosphorsäure durch Lagerung an Luft bei 22 °C und 50% relativer Feuchte hydroly-  107.1 g of 3,3'-diaminobenzidine (0.5 mol) and 79.5 g of isophthalic acid (0.475 mol) (molar ratio 1.053, amine excess) were stirred into 2.0 kg of polyphosphoric acid and introduced into a heatable reactor {5 1), which was purged with inert gas argon. The batch was heated to 190 ° C. (jacket temperature) and stirred for 20 hours, then the batch was admixed with 2% by weight paraformaldehyde (based on PBI), knurled at 170 ° C. on a glass plate to give a 120 μm thick film, and 12 h at 130 ° C. The polyphosphoric acid was then hydrolyzed by storage in air at 22 ° C. and 50% relative humidity.
Aus einer Probe dieses Films wurde die Phosphorsäure wieder entfernt, um einen Löslichkeitstest nach dem oben beschriebenen Verfahren durchführen zu können. Dazu wurde die Probe zuerst in Wasser, dann in wässriger Na2C03-Lösung und abschließend nochmals in Wasser gewaschen, getrocknet und gewogen. Die Gewichts- abnähme nach einer Stunde in 130°C heißem N, -Dimethylacetamid betrug 3 . Der Hydrolyse-Test in 150 °C heißer Phosphorsäure ergab, dass der Film zwar aufquillt, seine Form sonst aber beibehält. From a sample of this film, the phosphoric acid was removed again to be able to carry out a solubility test according to the method described above. For this purpose, the sample was first washed in water, then in aqueous Na 2 C0 3 solution and finally again in water, dried and weighed. The weight abnähme after one hour in 130 ° C hot N, -Dimethylacetamid was 3. The hydrolysis test in 150 ° C hot phosphoric acid showed that although the film swells, but otherwise retains its shape.
Beispiel 5 Example 5
Herstellen und Charakterisieren eines Films aus der PBX- Rohlösung mit anschließender Vernetzung mit Formalinlösung  Preparation and characterization of a film from the crude PBX solution followed by crosslinking with formalin solution
107,1 g 3 , 31 -Diaminobenzidin {0,5 mol) und 79,5 g Isophthalsäu- re {0,475 mol) (Molverhältnis 1,053; Aminüberschuss) wurden in 2,0 kg Polyphosphor äure eingerührt und in einen beheizbaren Reaktor (5 1} eingefüllt, der mit Schutzgas Argon gespült wurde. Der Ansatz wurde auf 190 °C (Manteltemperatur) erhitzt und 20 Stunden gerührt. Danach wurde das erhaltene Produkt bei 170°C auf einer Glasplatte zu einem 50 μτη dicken Film geräkelt, auf Raumtemperatur abgekühlt und dann zusammen mit der Glasplatte für 1 in eine wässrige methanolstabilisierte Formal n- lösung (37 Gew.% Formaldehyd, 12 Gew.% Methanol, 51 Gew.% Wasser) getaucht. Dabei löste sich der Film von der Glasplatte. Anschließend wurde der Film 3 h bei 150°C an Luft getempert.107.1 g of 3, 3 1 -Diaminobenzidin {0.5 mol) and 79.5 g of isophthalic re {0.475 mole) (1.053 molar ratio, excess of amine) were stirred in 2.0 kg äure polyphosphoric and (in a heated reactor 5 The reaction mixture was heated to 190 ° C. (jacket temperature) and stirred for 20 hours, after which the product obtained was laced at 170 ° C. on a glass plate to give a 50 μm thick film, cooled to room temperature and then immersed in an aqueous methanol-stabilized formal solution (37% by weight of formaldehyde, 12% by weight of methanol, 51% by weight of water) together with the glass plate for 1. Thereby, the film came off the glass plate Annealed at 150 ° C in air for 3 h.
Aus einer Probe dieses Films wurde die Phosphorsäure wieder entfernt, um einen Löslichkeitstest nach dem oben beschriebenen Verfahren durchführen zu können. Dazu wurde die Probe zuerst in Wasser, dann in wässriger Na2C03 -Lösung und abschließend noch- mals in Wasser gewaschen, getrocknet und gewogen. Die Gewichtsabnahme nach einer Stunde in 130°C heißem N, -Dimethylacetamid betrug 5 %. Der Hydrolyse-Test in lSO^C heißer Phosphorsäure ergab, dass der Film zwar aufquillt, seine Form sonst aber beibehält . From a sample of this film, the phosphoric acid was removed again to be able to carry out a solubility test according to the method described above. For this purpose, the sample was first washed in water, then in aqueous Na 2 C0 3 solution and finally again in water, dried and weighed. The weight loss after one hour in 130 ° C hot N, -Dimethylacetamid was 5%. The hydrolysis test in 10% phosphoric acid showed that the film swells, but otherwise retains its shape.
Beispiel 6 Herstellen und Charakterisieren eines Films aus FBI mit Vernetzung mit Formalinlösung Example 6 Producing and characterizing a FBI film with crosslinking with formalin solution
6a) 12,0 g PBI nach Beispiel 1 wurden in 88,0 g D Ac in einem Druckreaktor (Büchi Miniclave, 200 ml) unter Rühren bei einer Temperatur von 200 °C gelöst. Nach Filtration und Entgasung wurde die Lösung bei Raumtemperatur mittels eines Filmziehgeräts (0,4 mm Spalthöhe) auf eine Trägerfolie aus PET (Melinex O, 0,175 mm) aufgebracht. Nach Trocknung (jeweils 10 min bei 80°C, 100°C und 30 min bei 150°C) wurde der Film von der Trägerfolie getrennt. Anschließend wurde er 1 h in eine 70°C heiße methanolstabilisierte Formalinlösung {37 Gew.% Formaldehyd, 12 Gew.% Methanol, 51 Gew.% Wasser) eingelegt. Danach wurde die Folie in einem ümlufttrockenschrank 5 min in 250 °C heißer Luft erhitzt. Die Filmdicke betrug 30 bis 35 μπκ Der so erhaltene Film wird im Folgenden Film 6a genannt.  6a) 12.0 g PBI according to Example 1 were dissolved in 88.0 g D Ac in a pressure reactor (Büchi miniclave, 200 ml) with stirring at a temperature of 200 ° C. After filtration and degassing, the solution was applied to a PET support film (Melinex O, 0.175 mm) at room temperature using a film applicator (0.4 mm gap height). After drying (each 10 minutes at 80 ° C, 100 ° C and 30 min at 150 ° C), the film was separated from the carrier film. He was then 1 h in a 70 ° C hot methanol-stabilized formalin {37 wt.% Formaldehyde, 12 wt.% Methanol, 51 wt.% Water) inserted. Thereafter, the film was heated in a fresh air oven for 5 min in 250 ° C hot air. The film thickness was 30 to 35 μπκ. The film thus obtained will hereinafter be called film 6a.
Mit diesem Film wurden ein Loslichkeitstest und ein Hydrolyse- Test nach den oben beschriebenen Verfahren durchgeführt. Die Gewichtsabnahme nach einer Stunde in 130°C heißem N, N-Dimethyl- acetamid betrug 2 %. Der Hydrolyse-Test in 150°C heißer Phos- phorsäure ergab, dass der Film zwar aufquillt, seine Form sonst aber beibehält.  With this film, a solubility test and a hydrolysis test were carried out according to the methods described above. The weight loss after one hour in 130 ° C hot N, N-dimethylacetamide was 2%. The hydrolysis test in 150 ° C hot phos- phoric acid showed that the film swells, but otherwise retains its shape.
6b) Um die mechanische Stabilität des oben in a) erhaltenen Polymerfilms Film 6a beurteilen zu können, wurden Zug-Spannungs- messungen durchgeführt. Dafür wurden Filmproben mit einer Länge von 6 cm und einer Breite von 1 cm in eine Messapparatur der 6b) In order to be able to assess the mechanical stability of the polymer film film 6a obtained above in a), tensile stress measurements were carried out. For this purpose, film samples with a length of 6 cm and a width of 1 cm were placed in a measuring apparatus of the
Firma Zwick GmbH & Co. (Modell Z010 TN, Probenhalter 8106) eingespannt und mit einer Geschwindigkeit von 5 cm/min auseinandergezogen. Der Polymerfilm riss bei einer Spannung von Zwick GmbH & Co. (model Z010 TN, sample holder 8106) clamped and pulled apart at a speed of 5 cm / min. The polymer film cracked at a voltage of
140 N/mm2 und einer Dehnung von 5 %. 140 N / mm 2 and an elongation of 5%.
Beispiel 7 Dotieren einer Membran mit Phosphorsäure und Bestimmung derExample 7 Doping a membrane with phosphoric acid and determining the
Leitfähigkeit conductivity
7a) Von einem Stück (6 6 cm2) des in Beispiel 6 hergestellten Films 6a wurde das Gewicht und die Dicke bestimmt. Anschließend wurde das Filmstück in eine Petrischale gelegt, mit 7a) From a piece (6 6 cm 2 ) of the film 6a prepared in Example 6, the weight and the thickness were determined. Subsequently, the film piece was placed in a Petri dish, with
85 Gew.%iger Phosphorsäure in Wasser in der Petrischale über- schichtet und 30 min bei 150°C in einem Trockenschrank erhitzt. Der Film wurde auf Raumtemperatur und mit Papiertüchern abgewischt. Von dem gequollenen Film wurden wieder das Gewicht und die Dicke bestimmt. Er hatte das 6-fache seines Gewichts aufgenommen. Der Dotierungsgrad {Massenzunahme bezogen auf das Gewicht der gequollenen Membran) betrug 85 Gew.%. Die Dicke betrug 55 μΓΠ.  85 wt.% Phosphoric acid in water in the Petri dish and heated for 30 min at 150 ° C in a drying oven. The film was allowed to cool to room temperature and with paper towels. From the swollen film, the weight and the thickness were again determined. He had taken six times his weight. The degree of doping {mass increase based on the weight of the swollen membrane) was 85% by weight. The thickness was 55 μΓΠ.
7b) Ein Stück (20 x 10 mm2) der oben unter a) hergestellten, gequollenen Membran wurde in eine -Punkt-Leitfähigkeitsmess- zelle {erhältlich unter der Bezeichnung „Typ BT110" der Fa. BekkTech LLC, USA) eingelegt und in einem Umluftofen auf 150°C aufgeheizt. Mittels eines Impedanzanalysators (erhältlich unter der Bezeichnung „Modell IM6ex" der Fa. Zahner-Elektrik, 7b) A piece (20 × 10 mm 2 ) of the swollen membrane prepared above under a) was placed in a one-point conductivity cell {available under the name "Type BT110" from BekkTech LLC, USA) and in one Convection oven heated to 150 ° C. By means of an impedance analyzer (available under the name "Model IM6ex" from Zahner-Elektrik,
Deutschland) wurde die Membranimpedanz bestimmt. Mit der Probengeometrie (Dicke, Fläche) erhält man daraus eine Membran- leitfähigkeit von 5 S/m bei 150°C. Germany) the membrane impedance was determined. The sample geometry (thickness, area) yields a membrane conductivity of 5 S / m at 150 ° C.
Beispiel 8 Example 8
Herstellen einer Membran-Elektroden-Einheit Producing a membrane electrode assembly
Das 6 x 6 cm2 große Stück der mit Phosphorsäure gequollenen Membran aus Beispiel 7 wurde so zwischen zwei kommerziell er» hältliche Gasdiffusionselektroden mit jeweils 3,0 mg/cm2 Platin-Beladung (Fa. Johnson Matthey, Typ 3mg Pt Blk, no electro- lyte, on Toray TGP-H-090, U ) gelegt, dass die Platin-Katalysatorschichten die Membran berührten. Diese Membran-Elektroden- Anordnung wurde 4 Stunden zwischen planparallelen Platten bei einer Temperatur von 160°C und einer Kraft von 1,3 kN zu einer Membran-Elektroden-Einheit verpresst . The 6 x 6 cm 2 piece of the swollen with phosphoric acid membrane of Example 7 was so between two commercially he "hältliche gas diffusion electrodes (each 3.0 mg / cm 2 platinum loading Fa. Johnson Matthey, Type 3 mg Pt Blk, no electro lyte, on Toray TGP-H-090, U) that the platinum catalyst layers contacted the membrane. This membrane-electrode assembly was allowed to stand for 4 hours between plane-parallel plates a temperature of 160 ° C and a force of 1.3 kN compressed to a membrane-electrode assembly.
Beispiel 9 Example 9
Brennstoffzellentest der Membran-Elektroden-Einheit Fuel cell test of the membrane-electrode assembly
Die Membran-Elektroden-Einheit aus Beispiel 8 wurde in üblicher Anordnung in eine Testzelle {quickCONNECT F25 der Fa. baltic- FuelCells GmbH, Deutschland) eingebaut und mit einer Presskraft von 3,5 kN verschlossen. Der Betrieb der Testzelle erfolgte an einem MILAN-Prü stand der Fa. Magnum Fuel Cell AG, Abbildung 1 zeigt den Verlauf der Strom-Spannungskurve bei 160°C. Der Gas- fluss für Wasserstoff betrug 196 nml/min und für Luft  The membrane electrode assembly of Example 8 was installed in a conventional arrangement in a test cell {quickCONNECT F25 Fa. Baltic-FuelCells GmbH, Germany) and sealed with a pressing force of 3.5 kN. The operation of the test cell was carried out on a MILAN test stand of the company. Magnum Fuel Cell AG, Figure 1 shows the course of the current-voltage curve at 160 ° C. The gas flow for hydrogen was 196 nml / min and for air
748 nml/min. Dabei wurden unbefeuchtete Gase mit Atmosphärendruck verwendet. Bei einem Strom von 0,8 A/cm2 wurde eine Zell- Spannung von 0,500 mV gemessen. Unter den angegebenen Testbedingungen zeigte die MEA bei einer Messfrequenz von 16 kHz eine Impedanz von 4,1 mö auf einer Fläche von 25 cm2. 748 nml / min. Unhumidified gases with atmospheric pressure were used. At a current of 0.8 A / cm 2 , a cell voltage of 0.500 mV was measured. Under the test conditions indicated, the MEA, at a measurement frequency of 16 kHz, exhibited an impedance of 4.1 m2 over a 25 cm 2 area .
Figure imgf000045_0001
Figure imgf000045_0001
Strom [ A/cm2 ] Abbildung 1: Polarisationskurve einer erfindungsgemäßen Membran-Elektroden-Einheit in der Brennsto elle Current [A / cm 2 ] Figure 1: Polarization curve of a membrane-electrode unit according to the invention in the Brennsto elle
Vergleichsbeispiel 1 Comparative Example 1
Die in Beispiel la beschriebene Verfahrensweise wurde wiederholt mit der Abänderung, dass kein Paraformaldehyd zugegeben wurde . The procedure described in Example la was repeated with the modification that no paraformaldehyde was added.
Die Dicke des so erhaltenen Films betrug 30 bis 35 pm.  The thickness of the film thus obtained was 30 to 35 μm.
Mit diesem Film wurden ein Löslichkeitstest und ein Hydrolyse- Test nach den oben beschriebenen Verfahren durchgeführt. Bei beiden Tests löste sich der Film vollständig auf.  With this film, a solubility test and a hydrolysis test were carried out according to the methods described above. Both tests resolved the movie completely.
Vergleichsbeispiel 2 Comparative Example 2
a) Herstellung von Polybenzimidazol mit Carbonsäure-Endgruppen 101,8 g 3 , 3 ' -Diaminobenzidin {0,475 mol) (käuflich erhältlich bei Sigma-Aldrich, Deutschland) und 83,7 g Isophthal äure a) Preparation of carboxylic acid-terminated polybenzimidazole 101.8 g of 3,3'-diaminobenzidine {0.475 mol) (commercially available from Sigma-Aldrich, Germany) and 83.7 g of isophthalic acid
(0,5 mol) (Molverhältnis 0,95; Säureüberschuss ) wurden in  (0.5 mol) (molar ratio 0.95, excess acid) were dissolved in
2,0 kg Polyphosphorsäure eingerührt und in einen beheizbaren Reaktor (5 1) eingefüllt, der mit Schutzgas Argon gespült wur- de. Der Ansatz wurde auf 190°C (Manteltemperatur) erhitzt und 20 Stunden gerührt. Das Reaktionsprodukt wurde in Wasser gefällt, damit gewaschen und in 550 g einer 10 Gew.%igen Natrium- hydrogencarbonat-Lösung neutralisiert. Danach wurde das Poly- benzimidazol erneut mit Wasser gewaschen, abfiltriert, bei 130°C im Vakuum getrocknet und mit einer elektrischen Mühle vermählen. Die Ausbeute betrug 132,3 g. 2 kg of polyphosphoric acid were stirred in and introduced into a heatable reactor (5 l), which was purged with protective gas argon. The batch was heated to 190 ° C (jacket temperature) and stirred for 20 hours. The reaction product was precipitated in water, washed with it and neutralized in 550 g of a 10% strength by weight sodium bicarbonate solution. Thereafter, the polybenzimidazole was washed again with water, filtered off, dried at 130 ° C in a vacuum and ground with an electric mill. The yield was 132.3 g.
Das so hergestellte Polybenzimidazol hatte eine inhärente Viskosität von 0,43 dl/g. b) Herstellen und Charakterisieren eines Films aus Polybenzimi- dazol mit Carbonsäure-Endgruppen und mit Aldehydreagenz in der Lösung The polybenzimidazole thus prepared had an inherent viscosity of 0.43 dl / g. b) Preparation and characterization of a film of carboxylic acid-terminated polybenzimidazole and aldehyde reagent in the solution
15,0 g des oben hergestellten PBIs wurden in 85,0 g DMAc in ei- nem Druckreaktor (Büchi Miniclave, 200 ml) unter Rühren bei einer Temperatur von 200°C gelöst. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur wurden 0,3 g Paraformaldehyd hinzugegeben. Anschließend wurde die Lösung einige Minuten gerührt, bis sich das Paraformaldehyd vollständig gelöst hatte.  15.0 g of the PBI prepared above were dissolved in 85.0 g of DMAc in a pressure reactor (Buchi Miniclave, 200 ml) with stirring at a temperature of 200 ° C. After cooling to room temperature, 0.3 g of paraformaldehyde was added. Subsequently, the solution was stirred for a few minutes until the paraformaldehyde had completely dissolved.
Nach Filtration und Entgasung wurde die Lösung mittels eines Filmziehgeräts mit 0,4 mm Spalthöhe auf eine Trägerfolie aus PET mit einer Dicke von 0,175 mm {Melinex O, 0,175 mm) aufgebracht. Danach wurde der Film 6 h bei 130°C in einem Umlufttro- ckenschrank erhitzt, dann von der Trägerfolie getrennt und an- schließend weitere 6 h bei 180°C in einem Umlufttrockenschrank erhitzt. Die Dicke des so erhaltenen Films betrug 30 bis 35 μτη.After filtration and degassing, the solution was applied to a 0.755 mm (Melinex O, 0.175 mm) PET support film using a 0.4 mm gap film applicator. Thereafter, the film was heated for 6 hours at 130 ° C. in a circulating air drying cabinet, then separated from the carrier film and then heated for a further 6 hours at 180 ° C. in a circulating air drying cabinet. The thickness of the film thus obtained was 30 to 35 μτη.
Mit diesem Film wurden ein Löslichkeitstest und ein Hydrolyse- Test nach den oben beschriebenen Verfahren durchgeführt. Die Gewichtsabnahme nach einer Stunde in 130°C heißem N, N-Dimethyl- acetamid betrug 22,5 %. Während des Hydrolyse-Test in 150°C heißer Phosphorsäure löste sich der Film nach einigen Stunden vollständig auf. With this film, a solubility test and a hydrolysis test were carried out according to the methods described above. The weight loss after one hour in 130 ° C hot N, N-dimethyl-acetamide was 22.5%. During the hydrolysis test in 150 ° C hot phosphoric acid, the film dissolved completely after a few hours.
Vergleichsbeispiel 3 Comparative Example 3
a) Herstellung von Polybenzimidazol mit Phenyl-Endgruppen a) Preparation of polybenzimidazole with phenyl end groups
10,714 g 3 , 31 -Diaminobenzidin (0,05 mol) {käuflich erhältlich bei Sigma-Aldrich, Deutschland) und 7,95 g Isophthalsäure 10,714 g of 3, 3 1 -Diaminobenzidin (0.05 mol) of {commercially available from Sigma-Aldrich, Germany) and 7.95 g of isophthalic acid
(0,0475 mol) (Molverhältnis 1,053; Aminüberschu s) wurden in 200 g Polyphosphorsäure eingerührt und unter Argon-Schutzgas- atmosphäre auf 190°C erhitzt und 20 Stunden gerührt. Anschließend wurden 2 g Benzoesäure (0,016 mol; 3,2-facher Überschuss bezogen auf NH2-Endgruppen des PBI) zugegeben und weitere 3 h bei 190 C gerührt. Das Reaktionsprodukt wurde in Wasser gefällt, damit gewaschen und in 55 g einer 10 Gew.%igen Natrium- hydrogencarbonat-Lösung neutralisiert. Danach wurde das Poly™ benzimidazol erneut mit Wasser gewaschen, abfiltriert, bei 130°C im Vakuum getrocknet und mit einer elektrischen Mühle vermählen. Die Ausbeute betrug 15,3 g. 1H-NMR Untersuchungen ergaben, dass 82 % der endständigen NH2-Gruppen des PBI mit Benzoesäure umgesetzt wurden und ein Phenyl-terminiertes PBI erhalten wurde. (0.0475 mol) (molar ratio 1.053, amine excess) were stirred into 200 g of polyphosphoric acid and heated under argon protective gas atmosphere to 190 ° C and stirred for 20 hours. Subsequently, 2 g of benzoic acid (0.016 mol, 3.2-fold excess based on NH 2 end groups of the PBI) was added and stirred at 190 C for a further 3 h. The reaction product was precipitated in water, washed with it and neutralized in 55 g of a 10% strength by weight sodium bicarbonate solution. Thereafter, the poly ™ benzimidazole was again washed with water, filtered, dried at 130 ° C in vacuo and ground with an electric mill. The yield was 15.3 g. 1H NMR studies showed that 82% of the terminal NH 2 groups of the PBI were reacted with benzoic acid and a phenyl-terminated PBI was obtained.
Das so hergestellte Polybenzimidasol hatte eine inhärente Viskosität von 0,497 dl/g.  The polybenzimidazole thus prepared had an inherent viscosity of 0.497 dl / g.
b) Herstellen und Charakterisieren eines Films aus Polybenzimi- dazol mit Phenyl-Endgruppen und mit Aldehydreagenz in der hö- sung b) Preparation and characterization of a film of polybenzimidazole with phenyl end groups and with aldehyde reagent in the suspension
15,0 g PBI nach Gegenbeispiel 3a wurden in 85,0 g DMAc in einem Druckreaktor {Büchi Minielave, 200 ml) unter Rühren bei einer Temperatur von 200°C gelöst. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur wurden 0,3 g Paraformaldehyd hinzugegeben. Anschließend wurde die Lösung einige Minuten gerührt, bis sich das Paraformaldehyd vollständig gelöst hatte.  15.0 g of PBI according to Comparative Example 3a were dissolved in 85.0 g of DMAc in a pressure reactor {Büchi Minielave, 200 ml) with stirring at a temperature of 200 ° C. After cooling to room temperature, 0.3 g of paraformaldehyde was added. Subsequently, the solution was stirred for a few minutes until the paraformaldehyde had completely dissolved.
Nach Filtration und Entgasung wurde die Lösung mittels eines Filmziehgeräts mit 0,4 mm Spalthöhe auf eine Trägerfolie aus PET mit einer Dicke von 0,175 mm (Melinex O, 0,175 mm) aufge- bracht. Danach wurde der Film 6 h bei 130°C in einem Umluft rockenschrank erhitzt, dann von der Trägerfolie getrennt und anschließend weitere 6 h bei 180 °C in einem Umlufttrockenschrank erhitzt. Die Dicke des so erhaltenen Films betrug 30 bis 35 um. After filtration and degassing, the solution was applied by means of a 0.4 mm gap film applicator to a PET support film having a thickness of 0.175 mm (Melinex O, 0.175 mm). Thereafter, the film was heated for 6 h at 130 ° C in a circulating rocker cabinet, then separated from the carrier film and then heated for a further 6 h at 180 ° C in a convection oven. The thickness of the film thus obtained was 30 to 35 μm.
Mit diesem Film wurden ein Löslichkeitstest und ein Hydrolyse- Test nach den oben beschriebenen Verfahren durchgeführt. Bei beiden Tests löste sich der Film vollständig auf. With this film, a solubility test and a hydrolysis test were carried out according to the methods described above. Both tests resolved the movie completely.

Claims

Patentansprüche claims
1. Polymere auf der Basis von Polyazolen, die mindestens eine Gruppierung ausgewählt aus -NR2-CRVNR2- (I) und1. Polymers based on polyazoles, the at least one group selected from -NR 2 -CRVNR 2 - (I) and
Figure imgf000049_0001
enthalten, wobei
Figure imgf000049_0001
contain, where
1 gleich oder verschieden sein kann und Wasserstoff tom oder Kohlenwasserstoffreste bedeutet, wobei die Kohlenstoffkette durch nicht benachbarte -(CO)-, -0-, -S~ oder -NR4-Gruppen unterbrochen und mit -CN oder Halogen substituiert sein kann,1 may be the same or different and is hydrogen or methyl radicals, the carbon chain may be interrupted by non-adjacent - (CO) -, -O-, -S ~ or -NR 4 groups and may be substituted by -CN or halogen,
R2 gleich oder verschieden sein kann und die Bedeutung von Was- serstoffatom oder einen Kohlenwasserstoffrest hat, bei dem die Kohlenstoffkette durch nicht benachbarte -{CO)-, -O-, -S- oder -NR4-Gruppen unterbrochen und mit -CN oder Halogen substituiert sein kann, wobei der Rest mit dem Stickstoff über eine weitere Bindungsstelle einen Ring bilden kann, R 2 may be the same or different and has the meaning of hydrogen atom or a hydrocarbon radical in which the carbon chain interrupted by non-adjacent - {CO) -, -O-, -S- or -NR 4 groups and with -CN or halogen may be substituted, the remainder being able to form a ring with the nitrogen via an additional bonding site,
R3 die Bedeutung von Wasserstoffatom oder einen Kohlenwasserstoffrest hat, bei dem die Kohlenstoffkette durch nicht benachbarte -(CO)-, -O-, -S- oder -NR4-Gruppen unterbrochen und mit -CN oder Halogen substituiert sein kann, wobei der Rest mit dem Stickstoff über eine weitere Bindungsstelle einen Ring bilden kann, und R 3 has the meaning of hydrogen atom or a hydrocarbon radical in which the carbon chain may be interrupted by non-adjacent - (CO) -, -O-, -S- or -NR 4 groups and may be substituted by -CN or halogen, wherein the Rest can form a ring with the nitrogen via another binding site, and
R4 gleich oder verschieden sein kann und gegebenenfalls substituierte Kohlenwasserstoffreste bedeutet, R 4 may be the same or different and is optionally substituted hydrocarbon radicals,
mit der Maßgabe, dass kein Stickstoff in den Formeln (I) und (II) ringbildendes Element eines aromatischen Rings sein darf. with the proviso that no nitrogen in the formulas (I) and (II) may be a ring-forming element of an aromatic ring.
2. Polymere gemäß Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass sie in Bezug auf ihren Polyazolgehalt bei 130°C und 1000 hPa in N, N-Dimethylacetamid 0 bis 20 Gew.% löslich sind. 3. Polymere gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Glaspunkt von über 150°C aufweisen. . Verfahren zur Herstellung der Polymere gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 , bei dem Polyazole (A) , die mindes- tens eine primäre oder sekundäre Aminogruppe enthalten, mit Aldehydreagenzien (B) zur Reaktion gebracht werden. 2. Polymers according to claim l, characterized in that they are soluble in terms of their Polyazolgehalt at 130 ° C and 1000 hPa in N, N-dimethylacetamide 0 to 20 wt.%. 3. Polymers according to claim 1 or 2, characterized in that they have a glass transition point of over 150 ° C. , Process for the preparation of the polymers according to one or more of Claims 1 to 3, in which polyazoles (A) which contain at least one primary or secondary amino group are reacted with aldehyde reagents (B).
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Polyazolen (A) um Polybenzimidazole handelt. 5. Process according to Claim 4, characterized in that the polyazoles (A) are polybenzimidazoles.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei Komponente (B) um Formaldehyd, ParaformaIdehyd oder Trioxan handelt . 7. Polymerelektrolytmembranen aus Polymeren auf der Basis von Polyazolen, die mindestens eine Gruppierung ausgewählt aus 6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that component (B) is formaldehyde, paraformaldehyde or trioxane. 7. polymer electrolyte membranes of polymers based on polyazoles, the at least one grouping selected from
-NR2-CRVNR2~ (I) und-NR 2 -CRVNR 2 ~ (I) and
Figure imgf000050_0001
enthalten, wobei die Reste und Indizes die obengenannte Bedeutung haben, mit der Maßgabe, dass kein Stickstoff in den Gruppierungen der Formel (I) und (II) ringbildendes Element eines aromatischen Rings sein darf, die mit einer starken Säure dotiert sind.
Figure imgf000050_0001
wherein the radicals and indices have the abovementioned meaning, with the proviso that no nitrogen may be in the groups of the formula (I) and (II) ring-forming element of an aromatic ring, which are doped with a strong acid.
8. Verfahren zur Herstellung von Polymerelektrolytmembranen, dadurch gekennzeichnet, dass Polyazole (A) , die mindestens eine primäre oder sekundäre Aminogruppe enthalten, mit Aldehydreagenzien (B) zur Reaktion gebracht werden und anschließend in einem Dotierschritt mit einer starken Säure dotiert wird. 8. A process for the preparation of polymer electrolyte membranes, characterized in that polyazoles (A) containing at least one primary or secondary amino group are reacted with aldehyde reagents (B) and then doped in a doping step with a strong acid.
9. Verwendung der Polymerelektrolytmembranen gemäß Anspruch 7 bzw. hergestellt gemäß Anspruch 8 zur Herstellung von Membran- Elektroden-Einheiten für Brennstoffzellen oder Elektrolysezel- len. 9. Use of the polymer electrolyte membranes according to claim 7 or produced according to claim 8 for the production of membrane electrode assemblies for fuel cells or Elektrolysezel- len.
10. Membran-Elektroden-Einheit enthaltend mindestens eine Elektrode und mindestens eine Polymerelektrolytmembran gemäß Anspruch 7 bzw. hergestellt gemäß Anspruch 8. 10. Membrane electrode unit comprising at least one electrode and at least one polymer electrolyte membrane according to claim 7 or produced according to claim 8.
11. Verwendung der Polymerfilme gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 bzw. hergestellt gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6 als semipermeable Membran zur Trennung von Flüssigkeiten und Gasen. 11. Use of the polymer films according to one or more of claims 1 to 3 or prepared according to one or more of claims 4 to 6 as a semipermeable membrane for the separation of liquids and gases.
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