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DE10054233A1 - Covalently cross-linked composite membranes - Google Patents

Covalently cross-linked composite membranes

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Publication number
DE10054233A1
DE10054233A1 DE10054233A DE10054233A DE10054233A1 DE 10054233 A1 DE10054233 A1 DE 10054233A1 DE 10054233 A DE10054233 A DE 10054233A DE 10054233 A DE10054233 A DE 10054233A DE 10054233 A1 DE10054233 A1 DE 10054233A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
polymer
groups
hal
membrane
following
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE10054233A
Other languages
German (de)
Inventor
Jochen Kerres
Thomas Haering
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
STUTTGART LEHRSTUHL und I, University of
Institut fuer Chemische Verfahrenstechnik Universitaet Stuttgart
Original Assignee
STUTTGART LEHRSTUHL und I, University of
Institut fuer Chemische Verfahrenstechnik Universitaet Stuttgart
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to DE10024575A priority Critical patent/DE10024575A1/en
Priority claimed from DE10024575A external-priority patent/DE10024575A1/en
Application filed by STUTTGART LEHRSTUHL und I, University of, Institut fuer Chemische Verfahrenstechnik Universitaet Stuttgart filed Critical STUTTGART LEHRSTUHL und I, University of
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Priority to IL14772601A priority patent/IL147726A0/en
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Priority to PCT/EP2001/005826 priority patent/WO2002000773A2/en
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Priority to JP2002505894A priority patent/JP2004502008A/en
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Abstract

Gegenstand der Erfindung sind kovalent vernetzte Komposite und kovalent vernetzte Komposit-Polymermembrane, bestehend aus einem oder mehreren Polymeren und Gerüst- und/oder Schichtsilikaten. Die Gerüst- und/oder Schichtsilikate können sowohl funktionalisiert als auch nicht funktionalisiert vorliegen. DOLLAR A Die Polymere sind gekennzeichnet, dadurch daß sie die folgenden funktionellen Gruppen tragen können (M = Hal, (F, Cl, Br, I), OR, NR¶2¶; R = Alkyl, Hydroxyalkyl, Aryl; (Me = H, Li, Na, K, Cs oder andere Metallkationen oder Ammoniumionen): a) Vorstufen von Kationenaustauschergruppen: SO¶2¶Me und/oder POMe¶2¶ und/oder COMe b) Sulfinatgruppen SO¶2¶Me und die mittels folgenden organischen Verbindungen kovalent vernetzt sein können: DOLLAR A a) di-, trie- oder oligofunktionellen Halogenalkanen oder Halogenaromaten, die mit Sulfinatgruppen SO¶2¶Me zur Reaktion gebracht worden waren, wodurch im Polymer/im Polymerblend/in der Polymermembran folgende Vernetzungsbrücken vorhanden sind (Y = Vernetzungsbrücke, X = Hal (F, Cl, Br, I) OR, Y = -(CH¶2¶)¶x¶-; -Arylen-; -(CH¶2¶)¶x¶-Arylen-; CH¶2¶-Arylen-CH¶2¶-, x = 3-12): Polymer-SO¶2¶-Y-SO¶2¶-Polymer und/oder b) Verbindungen, die folgende Gruppen enthalten: Hal-(CH¶2¶)¶x¶-NHR, die auf der einen Seite (Hal-) mit Sulfinatgruppen SO¶2¶Me zur Reaktion gebracht worden waren, und auf der anderen Seite (-NHR) mit SO¶2¶Me-Gruppen, wodurch im Polymer/im Polymerblend/in der Polymermembran folgende Vernetzungsbrücken vorhanden sind: ...The invention relates to covalently crosslinked composites and covalently crosslinked composite polymer membranes, consisting of one or more polymers and framework and / or layered silicates. The framework and / or layered silicates can be both functionalized and non-functionalized. DOLLAR A The polymers are characterized in that they can carry the following functional groups (M = Hal, (F, Cl, Br, I), OR, NR¶2¶; R = alkyl, hydroxyalkyl, aryl; (Me = H , Li, Na, K, Cs or other metal cations or ammonium ions): a) Precursors of cation exchange groups: SO¶2¶Me and / or POMe¶2¶ and / or COMe b) Sulfinate groups SO¶2¶Me and those using the following organic Compounds can be covalently cross-linked: DOLLAR A a) di-, tri- or oligofunctional haloalkanes or halogen aromatics which have been reacted with sulfinate groups SO¶2¶Me, whereby the following cross-linking bridges are present in the polymer / in the polymer blend / in the polymer membrane ( Y = cross-linking bridge, X = Hal (F, Cl, Br, I) OR, Y = - (CH¶2¶) ¶x¶-; -arylene-; - (CH¶2¶) ¶x¶-arylene-; CH¶2¶-arylene-CH¶2¶-, x = 3-12): polymer-SO¶2¶-Y-SO¶2¶-polymer and / or b) compounds containing the following groups: Hal- ( CH¶2¶) ¶x¶-NHR, which on one side (Hal-) m it had been reacted with sulfinate groups SO¶2¶Me, and on the other side (-NHR) with SO¶2¶Me groups, whereby the following cross-linking bridges are present in the polymer / in the polymer blend / in the polymer membrane: ...

Description

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Die der vorliegenden Zusatzanmeldung zugrunde liegende Erfindung betrifft eine Weiterbildung bzw. Alternative zur deutschen Patentstammanmeldung DE 100 24 575.7 (Kovalent vernetzte Polymere und Polymermembranen via Sulfinatalkylierung).The invention on which the present additional application is based relates to a Further training or alternative to the German patent application DE 100 24 575.7 (Covalently cross-linked polymers and polymer membranes via sulfinate alkylation).

Auf den Inhalt dieser früheren deutschen Anmeldung DE 100 24 575.7 wird hiermit ausdrücklich bezug genommen.The content of this earlier German application DE 100 24 575.7 is hereby incorporated by reference expressly referred to.

Den Produkten bzw. Verfahren nach dieser vorerwähnten Stammanmeldung haften jedoch folgende Nachteile an:
Membranen, die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt werden, benötigen für den Betrieb in der Wasserstoffbrennstoffzelle immer noch befeuchtete Gase. Befeuchtet man die Gase nicht, trocknet die Membran aus und die Protonenleitfähigkeit nimmt sehr stark ab.
However, the products and processes according to this aforementioned master application have the following disadvantages:
Membranes that are manufactured according to the described method still require humidified gases for operation in the hydrogen fuel cell. If the gases are not moistened, the membrane dries out and the proton conductivity decreases very sharply.

Zur Lösung dieses Problems wird bei der vorliegenden Anmeldung vorgeschlagen, insbesondere in ein kovalentes Netzwerk nach der Stammanmeldung funktionalisierte und nicht funktionalisierte Gerüst- und Schichtsilikate hinzuzugeben.To solve this problem, the present application proposes functionalized especially in a covalent network after the parent registration and add non-functionalized framework and layered silicates.

In der Stammanmeldung ist lediglich beschrieben, daß Polymere in das kovalente Netzwerk eingebaut werden. Bei der Verwendung von funktionalisierten Schicht- und/oder Gerüstsilikaten wurde überraschend festgestellt, daß die an das Schicht- und/oder Gerüstsilikat gebundenen niedermolekulare funktionelle Gruppen tragenden Verbindungen, während des Einsatzes der Membran, besonders im Anwendungsfall der Wasserstoffbrennstoffzelle, nicht oder nur mäßig ausgetragen werden. Dies ermöglicht eine Erhöhung der Konzentration an ionenleitenden Gruppen innerhalb des kovalenten Netzwerkes, ohne daß dabei wie sonst üblich sich die mechanischen Eigenschaften der Membran sehr stark verschlechtern (Versprödung oder starke Quellung). Es ist im Extremfall sogar dadurch möglich auf den Einsatz von eingeschlossenen ionenleitenden Polymeren im kovalenten Netzwerk vollständig zu verzichten. Die Ionenleitung findet dann ausschließlich über die funktionellen Gruppen tragenden Silikate statt.The parent application only describes that polymers into the covalent Network. When using functionalized layer and / or framework silicates was surprisingly found that the layers and / or structural silicate-bound low molecular weight functional groups Connections, during the use of the membrane, especially in the application the hydrogen fuel cell, not or only moderately discharged. This enables an increase in the concentration of ion conducting groups within the covalent network, without the mechanical Properties of the membrane deteriorate very strongly (embrittlement or strong Swelling). In extreme cases, it is even possible to use included ion-conducting polymers in the covalent network completely dispense. The ion conduction then takes place exclusively via the functional ones Groups carrying silicates instead.

Mit der vorliegenden Erfindung wurde somit das Problem der Austrocknung der Membranen und der beschränkten Anzahl der ionenleitenden Gruppen innerhalb der Membran zu einem nicht unerheblichen Teil entschärft. With the present invention, the problem of dehydration of the Membranes and the limited number of ion conducting groups within the Membrane defused to a not inconsiderable degree.  

Somit ist es Aufgabe der Erfindung, neue kovalent vernetzte Polymere/Membranen bereitzustellen, die auch im Betrieb mit nicht oder nur gering befeuchteten Gasen eine Protonenleitfähigkeit besitzen. Darüber hinaus ist es eine weitere Aufgabe niedermolekulare funktionalisierte Verbindungen so in das kovalente Netzwerk, gekopppelt an ein Silikat, einzufügen, daß sie über einen technisch anwendbaren Zeitraum in der Membran verbleiben.It is therefore an object of the invention to develop new covalently crosslinked polymers / membranes To provide, even in operation with gases that are not or only slightly humidified Have proton conductivity. It is also another task low molecular weight functionalized compounds so into the covalent network, coupled to a silicate, insert that they have a technically applicable Period remain in the membrane.

Weiterhin trägt das erfindungsgemäße Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe bei.Furthermore, the method according to the invention contributes to solving this problem.

Erfindungsbeschreibunginvention description

Der nachfolgende Text nimmt ausdrücklich bezug auf die Stammanmeldung DE 100 24 575.7:
Es wird eine Mischung in einem geeigneten Lösungsmittel, vorzugsweise einem aprotischen, hergestellt, welche Polymere und funktionalisierte Gerüst- und/oder Schichtsilikate und gegebenfalls niedermolekulare Verbindungen enthält.
The following text expressly refers to the parent application DE 100 24 575.7:
A mixture is prepared in a suitable solvent, preferably an aprotic one, which contains polymers and functionalized framework and / or layered silicates and optionally low-molecular compounds.

Die Mischung enthält Polymere und folgende funktionelle Gruppen:
The mixture contains polymers and the following functional groups:

  • - Sulfinatgruppen SO2Me (Me = ein oder mehrwertiges Metallkation).- Sulfinate groups SO 2 Me (Me = a or multivalent metal cation).
  • - Sulfochloridgruppen und/oder andere Vorstufen von Kationenaustauschergruppen- Sulfochloride groups and / or other precursors of cation exchange

Außerdem wird der Mischung, vorzugsweise Polymerlösung ein bi- oder oligofunktioneller Alkylierungsvernetzer (typischerweise ein α,ω-Dihalogenalkan) und gegebenenfalls ein sek. Diaminvernetzer NHR-(CH2)x-NHR zugesetzt. Die Ausbildung der kovalenten Vernetzungsbrücken erfolgt während der Membranbildung bei der Abdampfung des Lösungsmittels durch Alkylierung der Sulfinatgruppen und gegebenenfalls Sulfonamidbildung via Reaktion der im Polymer vorhandenen Sulfohalogenidgruppen mit den sek. Aminogruppen des Diaminvernetzers. Während der an die Membranbildung anschließenden sauren und/oder basischen und/oder neutral wässrigen Nachbehandlung der Membranen werden die Vorstufen der Ionenaustauschergruppierungen zu Ionenaustauschergruppen hydrolysiert bzw. oxidiert.In addition, the mixture, preferably polymer solution, is a bi- or oligo-functional alkylation crosslinking agent (typically an α, ω-dihaloalkane) and optionally a sec. Diamine crosslinker NHR- (CH 2 ) x -NHR added. The covalent crosslinking bridges are formed during the membrane formation during evaporation of the solvent by alkylation of the sulfinate groups and optionally sulfonamide formation via reaction of the sulfohalide groups present in the polymer with the sec. Amine groups of the diamine crosslinker. During the acidic and / or basic and / or neutral aqueous aftertreatment of the membranes following the membrane formation, the precursors of the ion exchanger groups are hydrolyzed or oxidized to ion exchanger groups.

In Abb. 1 ist beispielhaft die Ausbildung der kovalenten Vernetzungsbrücken bei Blends aus sulfochloriertem Polymer und sulfiniertem Polymer schematisch dargestellt, in Abb. 2 die Ausbildung der kovalenten Vernetzungsbrücken bei einem Polymer, das sowohl Sulfinat- als auch Sulfochloridgruppen enthält. In Fig. 1, the formation of the covalent cross-linking bridges in blends of sulfochlorinated polymer and sulfinated polymer is shown schematically, in Fig. 2, the formation of the covalent cross-linking bridges in a polymer that contains both sulfinate and sulfochloride groups.

Die erfindungsgemäße Composites bestehen aus Polymeren, mit folgenden funktionellen Gruppen:The composites according to the invention consist of polymers, with the following functional groups:

Nach der Membranherstellung, vor der Hydrolyse:
After membrane production, before hydrolysis:

  • - SO2M und/oder POM2 und/oder COM (M = Hal (F, Cl, Br, I), OR, NR2; R = Alkyl, Hydroxyalkyl, Aryl)- SO 2 M and / or POM 2 and / or COM (M = Hal (F, Cl, Br, I), OR, NR 2 ; R = alkyl, hydroxyalkyl, aryl)
  • - Vernetzungsbrücken:
    • a) Polymer-SO2-Y-SO2-Polymer
      gegebenenfalls:
    • b) Polymer-SO2-Y'-NR-SO2-Polymer
    • c) Polymer-SO2-NR-Y"-NR-SO2-Polymer
    - Network bridges:
    • a) Polymer-SO 2 -Y-SO 2 polymer
      possibly:
    • b) Polymer-SO 2 -Y'-NR-SO 2 polymer
    • c) Polymer-SO 2 -NR-Y "-NR-SO 2 polymer

Nach der Hydrolyse:
After hydrolysis:

  • - -SO3M-, -PO3M2-, -COOM-Gruppen- -SO 3 M-, -PO 3 M 2 -, -COOM groups
  • - o. g. Vernetzungsbrücken- o. G. crosslinks

Durch die kovalente Vernetzung der Sulfinatpolymere im Gemisch mit Vorstufen von Ionenaustauscherpolymeren, besonders Kationenaustauscherpolymeren, in Anwesenheit von funktionalisierten Schicht- und/oder Gerüstsilikaten wird eine bessere Vermischung der Blendphasen und damit auch ein höherer Vernetzungsgrad erreicht, was sich in einer besseren mechanischen Stabilität des resultierenden Polymerfilms äußert, verglichen mit kovalent vernetzten Polymer(blend)filmen aus Kationenaustauscherpolymeren und polymeren Sulfinaten. Durch die gezielte Einbeziehung einer aminogruppenhaltigen Vernetzungskomponente, die mit den Vorstufen der Kationenaustauschergruppen reagiert, in das Polymernetzwerk wird eine weitere Verbesserung der mechanischen Eigenschaften erzielt.Through the covalent crosslinking of the sulfinate polymers in a mixture with precursors of Ion exchange polymers, especially cation exchange polymers, in The presence of functionalized layered and / or framework silicates becomes one better mixing of the blend phases and thus also a higher degree of crosslinking achieved what resulted in better mechanical stability of the result Polymer film expresses, compared to covalently cross-linked polymer (blend) films Cation exchange polymers and polymeric sulfinates. Through the targeted Inclusion of an amino group-containing crosslinking component, which with the Precursors of the cation exchange groups react, one in the polymer network achieved further improvement in mechanical properties.

Durch den Einbau von funktionalisierten Gerüst- und/oder Schichtsilikaten in das kovalente Netzwerk während der Membranbildung wird die Wasserhaltefähigkeit der Membran erhöht. Die funktionellen Gruppen, die aus der Oberfläche des funktionalisierten Gerüst- oder Schichtsilikates herausragen verändern zudem die Eigenschaften der Membran entsprechend ihrer Funktionalität.By installing functionalized framework and / or layered silicates in the covalent network during membrane formation will increase the water holding capacity of the Membrane increased. The functional groups that emerge from the surface of the protruding functionalized framework or layered silicates also change the Properties of the membrane according to its functionality.

Beschreibung des anorgischen FüllstoffesDescription of the inorganic filler

Ist der anorganische aktive Füllstoff ein Schichtsilikat, so ist er auf der Basis von Montmorillonit, Smectit, Illit, Sepiolit, Palygorskit, Muscovit, Allevardit, Amesit, Hectorit, Talkum, Fluorhectorit, Saponit, Beidelit, Nontronit, Stevensit, Bentonit, Glimmer, Vermiculit, Fluorvermiculit, Halloysit, Fluor enthaltende synthetische Talkumtypen oder Mischungen aus zwei oder mehr der genannten Schichtsilikate. Das Schichtsilikat kann delaminiert oder pillartiert sein. Besonders bevorzugt wird Montmorillonit.If the inorganic active filler is a layered silicate, it is based on Montmorillonite, smectite, illite, sepiolite, palygorskite, muscovite, allevardite, amesite, Hectorite, talc, fluorhectorite, saponite, beidelite, nontronite, stevensite, bentonite, Mica, vermiculite, fluor vermiculite, halloysite, fluorine-containing synthetic Talc types or mixtures of two or more of the sheet silicates mentioned. The  Layered silicate can be delaminated or pillarted. Is particularly preferred Montmorillonite.

Der Gewichtsanteil des Schichtsilikates kann allgemein von 1 bis 80 Prozent betragen, besonders von 2 bis 30 Gew.% und speziell von 5 bis 20% Gew..The weight fraction of the layered silicate can generally be from 1 to 80 percent, especially from 2 to 30% by weight and especially from 5 to 20% by weight.

Ist der funktionalisierte Füllstoff, besonders Zeolithe und Vertreter der Beidelithreihe und Bentonite, die einzige ionenleitende Komponente, so ist sein Gewichtsanteil allgemein zwischen 5 bis 80%, besonders zwischen 20 und 70% und speziell im Bereicht von 30 bis 60% Gew..Is the functionalized filler, especially zeolites and representatives of the Beidelith series and bentonite, the only ion-conducting component, is its weight percentage generally between 5 and 80%, especially between 20 and 70% and especially in Ranges from 30 to 60% by weight.

Beschreibung des funktionalisierten SchichtsilikatesDescription of the functionalized layered silicate

Unter einem Schichtsilikat versteht man im allgemeinen Silikate, in welchen die SiO4- Tetraeder in zweidimensionalen unendlichen Netzwerken verbunden sind. (Die empirische Formel für das Anion lautet (Si2O5 2-)n). Die einzelnen Schichten sind durch die zwischen ihnen liegenden Kationen miteinander verbunden, wobei meistens als Kationen Na, K, Mg, Al oder/und Ca in den natürlich vorkommenden Schichtsilikaten vorliegen.Layered silicate is generally understood to mean silicates in which the SiO 4 tetrahedra are connected in two-dimensional infinite networks. (The empirical formula for the anion is (Si 2 O 5 2- ) n ). The individual layers are connected to one another by the cations lying between them, with Na, K, Mg, Al and / or Ca mostly being present as cations in the naturally occurring layered silicates.

Unter einem delaminierten funktionalisiertem Schichtsilikat sollen Schichtsilikate verstanden werden, bei welchen durch Umsetzung mit sogenannten Funktionalisierungsmitteln die Schichtabstände zunächst vergrößert werden. Die Schichtdicken derartiger Silikate vor der Delaminierung betragen üblicherweise von 5 bis 100 Angström, vorzugsweise 5 bis 50 und insbesondere 8 bis 20 Angström. Zur Vergrößerung der Schichtabstände (Hydrophobierung) werden die Schichtsilikate (vor der Herstellung der erfindungsgemäßen Komposite) mit sogenannten funktionalisierenden Hydrophobierungsmitteln umgesetzt, welche oft auch als Oniumionen oder Oniumsalze bezeichnet werden.Layered silicates are said to be under a delaminated functionalized layered silicate be understood, in which by implementation with so-called Functionalization means the layer distances are initially increased. The layer thicknesses of such silicates before delamination are usually from 5 to 100 angstroms, preferably 5 to 50 and in particular 8 to 20 angstroms. The layer silicates are used to increase the layer spacing (hydrophobization) (before the production of the composites according to the invention) with so-called Functionalizing water repellents implemented, which often as Onium ions or onium salts are referred to.

Die Kationen der Schichtsilikate werden durch organische funktionalisierende Hydrophobierungsmittel ersetzt, wobei durch die Art des organischen Restes die gewünschten Schichtabstände eingestellt werden können, die sich nach der Art des jeweiligen funktionalisierenden Moleküls oder Polymeren, welches in das Schichtsilikat eingebaut werden soll, richten.The cations of the layered silicates are functionalized by organic ones Hydrophobing agent replaced, the by the nature of the organic residue desired layer spacing can be set, which depends on the type of respective functionalizing molecule or polymer, which in the Layered silicate should be installed.

Der Austausch der Metallionen oder der Protonen kann vollständig oder teilweise erfolgen. Bevorzugt ist ein vollständiger Austausch der Metallionen oder Protonen. Die Menge der austauschbaren Metallionen oder Protonen wird üblicherweise in Milliäquivalent (meq) pro 1 g Gerüst- oder Schichtsilikat angegeben und als Ionenaustauscherkapazität bezeichnet.The exchange of the metal ions or the protons can be complete or partial respectively. A complete exchange of the metal ions or protons is preferred. The amount of exchangeable metal ions or protons is usually in  Milliequivalents (meq) per 1 g of framework or layered silicate stated and as Designated ion exchange capacity.

Bevorzugt sind Schicht- oder Gerüstsilikate mit einer Kationenaustauscherkapazität von mindestens 0,5, vorzugsweise 0,8 bis 1,3 meq/g.Layered or framework silicates with a cation exchange capacity are preferred of at least 0.5, preferably 0.8 to 1.3 meq / g.

Geeignete organische funktionalisierende Hydrophobierungsmittel leiten sich von Oxonium-, Ammonium-, Phosphonium- und Sulfoniumionen ab, welche einen oder mehrere organische Reste tragen können.Suitable organic functionalizing water repellents are derived from Oxonium, ammonium, phosphonium and sulfonium ions from which one or can carry several organic residues.

Als geeignete funktionalisierende Hydrophobierungsmittel seien solche der allgemeinen Formel I und/oder II genannt:
Suitable functionalizing hydrophobizing agents are those of the general formula I and / or II:

Wobei die Substituenten folgende Bedeutung haben:
R1, R2, R3, R4 unabhängig voneinander Wasserstoff, einen geradkettigen verzweigten, gesättigten oder ungesättigten Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 40, vorzugsweise 1 bis 20 C-Atomen, welcher gegebenenfalls mindestens eine funktionelle Gruppe trägt oder 2 der Reste miteinander verbunden sind, insbesondere zu einem heterocyclischen Rest mit 5 bis 10 C-Atomen besonders bevorzugt mit einem und mehr N-Atomen,
X für Phosphor oder Stickstoff,
Y für Sauerstoff oder Schwefel,
n für eine ganze Zahl von 1 bis 5, vorzugsweise 1 bis 3 und
Z für eine Anion steht.
The substituents have the following meaning:
R1, R2, R3, R4 independently of one another are hydrogen, a straight-chain branched, saturated or unsaturated hydrocarbon radical having 1 to 40, preferably 1 to 20, carbon atoms, which optionally carries at least one functional group or 2 of the radicals are bonded to one another, in particular to form one heterocyclic radical with 5 to 10 C atoms, particularly preferably with one and more N atoms,
X for phosphorus or nitrogen,
Y for oxygen or sulfur,
n for an integer from 1 to 5, preferably 1 to 3 and
Z stands for an anion.

Geeignete funktionelle Gruppen sind Hydroxyl-, Nitro- oder Sulfogruppen, wobei Carboxyl- und Sulfonsäuregruppen besonders bevorzugt sind. Ebenso sind besonders bevorzugt Sulfochlorid- und Carbonsäurechloride. Suitable functional groups are hydroxyl, nitro or sulfo groups, where Carboxyl and sulfonic acid groups are particularly preferred. Are also special preferably sulfochloride and carboxylic acid chlorides.  

Geeignete Anionen Z leiten sich von Protonen liefernden Säuren, insbesondere Mineralsäuren ab, wobei Halogene wie Chlor, Brom, Flour, Iod, Sulfat, Sulfonat, Phosphat, Phosphonat, Phosphit und Carboxylat, insbesondere Acetat bevorzugt sind. Die als Ausgangsstoffe verwendeten Schichtsilikate werden in der Regel in Form einer Suspension umgesetzt. Das bevorzugte Suspendierungsmittel ist Wasser, gegebenenfalls in Mischung mit Alkoholen, insbesondere niederen Alkoholen mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen. Ist das funktionalisierende Hydrophobierungsmittel nicht wasserlöslich, so wird das Lösungmittel bevorzugt indem es sich löst. Besonders ist dies dann ein aprotisches Lösungsmittel. Weitere Beispiele für Suspendiermittel sind Ketone und Kohlenwasserstoffe. Gewöhnlich wird ein mit Wasser mischbares Suspendierungsmittel bevorzugt. Bei der Zugabe des Hydrophobierungsmittel zum Schichtsilikat tritt ein Ionenaustausch ein, wodurch das Schichtsilikat überlicherweise aus der Lösung ausfällt. Das als Nebenprodukt des Ionenaustausch entstehende Metallsalz ist vorzugsweise wasserlöslich, so daß das hydrophobierte Schichtsilikat als kristalliner Feststoff durch z. B. Abfiltrieren abgetrennt werden kann.Suitable anions Z are derived from proton-providing acids, in particular Mineral acids, whereby halogens such as chlorine, bromine, flour, iodine, sulfate, sulfonate, Phosphate, phosphonate, phosphite and carboxylate, especially acetate, are preferred. The layered silicates used as starting materials are usually in the form of a Suspension implemented. The preferred suspending agent is water, optionally in a mixture with alcohols, especially lower alcohols with 1 to 3 carbon atoms. Is not the functionalizing water repellent water-soluble, the solvent is preferred by dissolving. Is special this is an aprotic solvent. Other examples of suspending agents are Ketones and hydrocarbons. Usually one becomes miscible with water Suspending agent preferred. When adding the water repellent to Layered silicate ion exchange occurs, whereby the layered silicate usually fails from the solution. The resulting as a by-product of ion exchange Metal salt is preferably water-soluble, so that the hydrophobized layered silicate as crystalline solid by e.g. B. filtering can be separated.

Der Ionenaustausch ist von der Reaktionstemperatur weitgehend unabhängig. Die Temperatur liegt vorzugsweise über dem Kristallisationspunkt des Mediums und unter seinem Siedepunkt. Bei wäßrigen Systemen liegt die Temperatur zwischen 0 und 100°C, vorzugsweise zwischen 40 und 80°C.The ion exchange is largely independent of the reaction temperature. The Temperature is preferably above and below the crystallization point of the medium its boiling point. In aqueous systems the temperature is between 0 and 100 ° C, preferably between 40 and 80 ° C.

Für Kationen- und Anionenaustauscherpolymer sind Alkylammoniumionen bevorzugt, besonders dann wenn als funktionelle Gruppe zusätzlich noch ein Carbonsäurechlorid oder Sulfonsäurechlorid an demselben Molekül vorhanden ist. Die Alkylammoniumionen sind über übliche Methylierungsreagenzien, wie Methyljodid erhältlich. Geeignete Ammoniumionen sind omega-Aminocarbonsäuren, besonders bevorzugt sind omega-Aminoarylsulfonsäuren und die omega- Alkylaminosulfonsäuren. Die omega-Aminoarylsulfonsäuren und die omega- Alkylaminosulfonsäuren sind erhältlich mit üblichen Mineralsäuren, beispielsweise Salzsäure, Schwefelsäure oder Phosphorsäure oder aus Methylierungsreagenzien wie Methyljodid.Alkylammonium ions are preferred for cation and anion exchange polymer, especially when a carboxylic acid chloride is added as a functional group or sulfonic acid chloride is present on the same molecule. The Alkyl ammonium ions are available via common methylation reagents, such as methyl iodide available. Suitable ammonium ions are omega-aminocarboxylic acids, in particular preferred are omega-aminoarylsulfonic acids and the omega- Alkylaminosulfonsäuren. The omega-aminoarylsulfonic acids and the omega Alkylaminosulfonic acids are available with conventional mineral acids, for example Hydrochloric acid, sulfuric acid or phosphoric acid or from methylating reagents such as Methyl iodide.

Weitere bevorzugte Ammoniumionen sind Pyridin- und Laurylammoniumionen. Nach der Hydrophobierung weisen die Schichtsilikate im allgemeinen einen Schichtabstand von 10 bis 50 Angström, vorzugsweise von 13 bis 40 Angström auf. Das hydrophobierte und funktionalisierte Schichtsilikat wird von Wasser durch Trocknen befreit. Im allgemeinen enthält das so behandelte Schichtsilikat noch einen Restwassergehalt von 0-5 Gew.% Wasser. Anschließend kann das hydrophobierte Schichtsilikat als Suspension in einem möglichst wasserfreien Suspendiermittel mit den erwähnten Polymeren gemischt werden und zu einer Membran weiterverarbeitet werden.Other preferred ammonium ions are pyridine and laurylammonium ions. After the hydrophobization, the layered silicates generally have one Layer spacing from 10 to 50 angstroms, preferably from 13 to 40 angstroms. The hydrophobized and functionalized layered silicate is penetrated by water Free drying. In general, the layered silicate treated in this way contains one more  Residual water content of 0-5% by weight of water. Then the hydrophobized Layered silicate as a suspension in a suspension medium that is as anhydrous as possible the polymers mentioned are mixed and processed into a membrane become.

Eine speziell bevorzugte Funktionalisierung der Gerüst- und/oder Schichtsilikate erfolgt allgemein mit modifizierten Farbstoffen oder deren Vorstufen, besonders mit Triphenylmethanfarbstoffen. Sie haben die allgemeine Formel:
A particularly preferred functionalization of the framework and / or layered silicates is generally carried out with modified dyes or their precursors, especially with triphenylmethane dyes. They have the general formula:

R = Alkyl (besonders CH3; C2H5).R = alkyl (especially CH 3 ; C 2 H 5 ).

In der vorliegenden Erfindung werden Farbstoffe verwendet, die sich von dem folgendem Grundgerüst ableiten:
Zur Funktionalisierung des Schichtsilikates wird der Farbstoff oder seine reduzierte
In the present invention, dyes are used which are derived from the following basic structure:
The dye or its reduced amount is used to functionalize the layered silicate

Vorstufe in einem aprotischen Lösungsmittel (z. B. Tetrahydrofuran, DMAc, NMP) zusammen mit dem Silikat ausreichend in einem Gefäß gerührt. Nach ca. 24 Stunden ist der Farbstoff bzw. die Vorstufe in die Kavitäten des Schichtsilikates interkaliert. Die Interkalation muß von der Art sein, daß die ionenleitende Gruppe an der Oberfläche des Silikatpartikels sich befinden.Precursor in an aprotic solvent (e.g. tetrahydrofuran, DMAc, NMP) sufficiently stirred together with the silicate in a vessel. After about 24 hours the dye or the precursor is intercalated into the cavities of the layered silicate. The intercalation must be such that the ion conducting group on the Surface of the silicate particle.

Die nachfolgende Abbildung zeigt schematisch den Vorgang
The following figure shows the process schematically

Das so funktionalisierte Schichtsilikat wird als Zusatz zu der Polymerlösung wie in Anmeldung DE 100 24 575.7 beschrieben hinzugegeben. Es hat sich als besonders günstig erwiesen die Vorstufe der Farbstoffe zu verwenden. Erst in der sauren Nachbehandlung werden die eigentlichen Farbstoffe durch Abspaltung von Wasser gebildet.The layered silicate thus functionalized is added to the polymer solution as in Application DE 100 24 575.7 was added. It turned out to be special Proven to use the precursor of the dyes. Only in the acidic The actual dyes are aftertreated by splitting off water educated.

Im Falle der Triphenylmethanfarbstoffe wurde dabei überraschend festgestellt, daß eine Protonenleitung, in den daraus hergestellten Membranen unterstützt wird. Ob es sich sogar um eine wasserfreie Protonenleitung handelt kann nicht mit ausreichender Sicherheit gesagt werden. Sind die Farbstoffe nicht an das Silikat gebunden, liegen sie also in freier Form in der Membran vor, so werden sie bereits nach kurzer Zeit mit dem Reaktionswasser in der Brennstoffzelle ausgetragen.In the case of triphenylmethane dyes, it was surprisingly found that a proton line that supports the membranes made from it. Whether it Even an anhydrous proton line is not sufficient Security can be said. If the dyes are not bound to the silicate, they lie So in free form in the membrane, they become with after a short time discharged the water of reaction in the fuel cell.

Erfindungsgemäß werden die Sulfinatgruppen enthaltenden Polymermischungen aus der oben angeführten Stammanmeldung, besonders bevorzugt die thermoplastischen funktionalisierten Polymere (Ionomere) zu der Suspension der hydrophobierten Schichtsilikate gegeben. Dies kann in bereits gelöster Form erfolgen oder die Polymere werden in der Suspension selbst in Lösung gebracht. Allgemein ist der Anteil der Schichtsilikate zwischen 1 und 70 Gew.%. Besonders zwischen 2 und 40 Gew.% und speziell zwischen 5 und 15 Gew.%.According to the invention, the polymer mixtures containing sulfinate groups are made from the parent application mentioned above, particularly preferably the thermoplastic functionalized polymers (ionomers) to the suspension of the hydrophobized  Given layered silicates. This can be done in already solved form or the Polymers are brought into solution in the suspension itself. General is the Share of layered silicates between 1 and 70% by weight. Especially between 2 and 40% by weight and especially between 5 and 15% by weight.

Eine weitere Verbesserung gegenüber der Stammanmeldung ist die zusätzliche Einmischung von Zirkonylchlorid (ZrOCl2) in die Membranpolymerlösung und in die Kavitäten der Schicht- und/oder Gerüstsilikate. Erfolgt die Nachbehandlung der Membran in Phophorsäure, so fällt in unmittelbarer Nähe des Silikatkornes in der Membran schwerlösliches Zirkonphosphat aus. Zirkonphosphat zeigt im Betrieb der Brennstoffzelle eine Eigenprotonenleitfähigkeit. Die Protonenleitfähigkeit funktioniert über die Bildung der Hydrogenphosphate als Zwischenschritte und ist Stand der Technik. Das gezielte Einbringen in direkter Nähe eines Wasserspeichers (Silikate) ist neu.A further improvement compared to the parent application is the additional mixing of zirconyl chloride (ZrOCl 2 ) into the membrane polymer solution and into the cavities of the layer and / or framework silicates. If the aftertreatment of the membrane is carried out in phosphoric acid, sparingly soluble zirconium phosphate precipitates in the immediate vicinity of the silicate grain. Zirconium phosphate shows its own proton conductivity during operation of the fuel cell. Proton conductivity functions as intermediate steps via the formation of the hydrogen phosphates and is state of the art. The targeted introduction in the immediate vicinity of a water reservoir (silicates) is new.

1. Ausführungsbeispiel zur Membranherstellung1. Embodiment for membrane production

Sulfochloriertes PSU Udel® (IEC = 1,8 meq SO2Cl/g) und PSUSO2Li (IEC = 1,95 meq SO2Li/g) (Polymerstrukturen siehe Abb. 2) und mit Triphenylmethanfarbstoff funktionalisierter Montmorillonit werden in N-Methylpyrrolidinon (NMP) aufgelöst. Danach wird zur Lösung der Vernetzer α,ω-Diiodbutan gegeben. Man rührt 15 Minuten. Danach wird die Lösung filtriert und entgast. Ein dünner Film der Polymerlösung wird auf einer Glasplatte ausgerakelt. Die Glasplatte wird in einen Vakuumtrockenschrank gelegt, und bei Temperaturen von 80-130°C wird das Lösungsmittel bei einem Unterdruck von 700 bis schließlich 15 mbar abgezogen. Der Film wird dem Trockenschrank entnommen und abgekühlt. Der Polymerfilm wird unter Wasser von der Glasplatte abgelöst und zuerst in 10%iger Salzsäure und dann in vollentsalztem Wasser bei Temperaturen von 60 bis 90°C für jeweils 24 Stunden hydrolysiert/nachbehandelt. Sulfochlorinated PSU Udel® (IEC = 1.8 meq SO 2 Cl / g) and PSUSO 2 Li (IEC = 1.95 meq SO 2 Li / g) (polymer structures see Fig. 2) and montmorillonite functionalized with triphenylmethane dye are Methylpyrrolidinone (NMP) dissolved. Then the crosslinking agent α, ω-diiodobutane is added to the solution. Stir for 15 minutes. The solution is then filtered and degassed. A thin film of the polymer solution is scraped out on a glass plate. The glass plate is placed in a vacuum drying cabinet and the solvent is drawn off at temperatures of 80-130 ° C. at a negative pressure of 700 to finally 15 mbar. The film is removed from the drying cabinet and cooled. The polymer film is detached from the glass plate under water and first hydrolyzed / aftertreated in 10% hydrochloric acid and then in deionized water at temperatures from 60 to 90 ° C. for 24 hours.

2. Ausführungsbeispiel2nd embodiment

Sulfochloriertes PSU Udel® (IEC = 1,2 meq SO2Cl/g) und PSUSO2Li (IEC = 1,95 meq SO2Li/g) und mit α,ω-Aminoalkylsulfochlorid behandelter Montmorillonit (mit nach außen zeigender Sulfochlorid-Gruppe) werden in N-Methylpyrrolidinon (NMP) aufgelöst. Danach wird zur Lösung der Vernetzer α,ω-Diiodbutan gegeben. Man rührt 15 Minuten. Danach wird die Lösung filtriert und entgast und wie in Beispiel 1 zu einer Membran verarbeitet.Sulfochlorinated PSU Udel® (IEC = 1.2 meq SO 2 Cl / g) and PSUSO 2 Li (IEC = 1.95 meq SO 2 Li / g) and montmorillonite treated with α, ω-aminoalkylsulfochloride (with outwardly pointing sulfochloride Group) are dissolved in N-methylpyrrolidinone (NMP). Then the crosslinking agent α, ω-diiodobutane is added to the solution. Stir for 15 minutes. The solution is then filtered and degassed and processed into a membrane as in Example 1.

Diese Membran hat nach der Nachbehandlung einen höheren IEC als die Kontrolle ohne das funktionalisierte Schichtsilikat.After treatment, this membrane has a higher IEC than the control without the functionalized layered silicate.

3. Ausführungsbeispiel3rd embodiment

Sulfochloriertes PSU Udel® (IEC = 1,8 meq SO2Cl/g) und PSUSO2Li (IEC = 1,95 meq SO2Li/g) (Polymerstrukturen siehe Abb. 2) und mit Zirkonylchlorid behandelter Montmorillonit werden in Dimethylsulfoxid (DMSO) aufgelöst.Sulfochlorinated PSU Udel® (IEC = 1.8 meq SO 2 Cl / g) and PSUSO 2 Li (IEC = 1.95 meq SO 2 Li / g) (polymer structures see Fig. 2) and montmorillonite treated with zirconyl chloride are dissolved in dimethyl sulfoxide ( DMSO) resolved.

Die Auflösung findet in folgender Reihenfolge statt: Zuerst wird Montmorillonit K10 in DMSO suspendiert und mit 10%Gew. Zirkonylchlorid bezogen auf die Gesamtmembranmenge versetzt. Danach werden die anderen Polymerkomponenten hintzugegeben. Danach wird zur Lösung der Vernetzer α,ω-Diiodbutan gegeben. Man rührt 15 Minuten. Danach wird die Lösung filtriert und entgast. Ein dünner Film der Polymerlösung wird auf einer Glasplatte ausgerakelt. Die Glasplatte wird in einen Vakuumtrockenschrank gelegt, und bei Temperaturen von 80-130°C wird das Lösungsmittel bei einem Unterdruck von 700 bis schließlich 15 mbar abgezogen. Der Film wird dem Trockenschrank entnommen und abgekühlt. Der Polymerfilm wird unter Phosphorsäure von der Glasplatte abgelöst und ca. 10 Stunden in Phosphorsäure bei einer Temperatur zwischen 30 und 90°C gelagert und danach gegebenenfalls noch in 10%iger Salzsäure und dann in vollentsalztem Wasser bei Temperaturen von 60 bis 90°C für jeweils 24 Stunden hydrolysiert/nachbehandelt. The dissolution takes place in the following order: First, montmorillonite K10 suspended in DMSO and with 10% wt. Zirconyl chloride based on the Total membrane amount offset. After that, the other polymer components hintzugegeben. Then the crosslinking agent α, ω-diiodobutane is added to the solution. you stir for 15 minutes. The solution is then filtered and degassed. A thin film of the Polymer solution is doctored on a glass plate. The glass plate is in one Vacuum drying cabinet, and at temperatures of 80-130 ° C it will Solvent removed at a negative pressure of 700 to finally 15 mbar. The Film is removed from the drying cabinet and cooled. The polymer film will detached from the glass plate under phosphoric acid and in phosphoric acid for about 10 hours stored at a temperature between 30 and 90 ° C and then if necessary in 10% hydrochloric acid and then in deionized water at temperatures from 60 to 90 ° C hydrolyzed / aftertreated for 24 hours each.  

4. Ausführungsbeispiel4th embodiment

Es wird verfahren wie in Beispiel 1, mit dem Unterschied, das unmodifizierter Montmorillonit K10 verwendet wird.The procedure is as in Example 1, with the difference that the unmodified Montmorillonite K10 is used.

Claims (14)

1. Kovalent vernetzter Komposit oder kovalent vernetzte Komposit-Polymermembran, bestehend aus einem oder mehreren Polymeren und Gerüst- und/oder Schichtsilikaten.
Die Gerüst- und/oder Schichtsilikate können sowohl funktionalisiert, als auch nicht funktionalisert vorliegen.
Die Polymere sind gekennzeichnet, dadurch daß sie die folgenden funktionellen Gruppen tragen können (M = Hal (F, Cl, Br, I), OR, NR2; R = Alkyl, Hydroxyalkyl, Aryl; (Me = H, Li, Na, K, Cs oder andere Metallkationen oder Ammoniumionen):
  • a) Vorstufen von Kationenaustauschergruppen: SO2M und/oder POM2 und/oder COM
  • b) Sulfinatgruppen SO2Me
und die mittels folgenden organischen Verbindungen kovalent vernetzt sein können:
  • a) di- tri- oder oligofunktionellen Halogenalkanen oder Halogenaromaten, die mit Sulfinatgruppen SO2Me zur Reaktion gebracht worden waren, wodurch im Polymer/im Polymerblend/in der Polymermembran folgende Vernetzungsbrücken vorhanden sind (Y = Vernetzungsbrücke, X = Hal (F, Cl, Br, I), OR, Y = -(CH2)x-; -Arylen-; -(CH2)x Arylen-; CH2-Arylen-CH2-, x = 3-12): Polymer-SO2-Y-SO2-Polymer und/oder
  • b) Verbindungen, die folgende Gruppen enthalten: Hal-(CH2)X-NHR, die auf der einen Seite (Hal-) mit Sulfinatgruppen SO2Me zur Reaktion gebracht worden waren, und auf der anderen Seite (-NHR) mit SO2M-Gruppen, wodurch im Polymer/im Polymerblend/in der Polymermembran folgende Vernetzungsbrücken vorhanden sind: Polymer-SO2-(CH2)x-NR- SO2-Polymer
    und/oder
  • c) Verbindungen, die folgende Gruppen enthalten: NHR-(CH2)x-NHR, die mit SO2Me- Gruppen zur Reaktion gebracht worden waren, wodurch im Polymer/im Polymerblend/in der Polymermembran folgende Vernetzungsbrücken vorhanden sind: Polymer-SO2-NR-(CH2)x- NR-SO2-Polymer
1. Covalently cross-linked composite or covalently cross-linked composite polymer membrane, consisting of one or more polymers and framework and / or layered silicates.
The framework and / or layered silicates can be both functionalized and non-functionalized.
The polymers are characterized in that they can carry the following functional groups (M = Hal (F, Cl, Br, I), OR, NR 2 ; R = alkyl, hydroxyalkyl, aryl; (Me = H, Li, Na, K, Cs or other metal cations or ammonium ions):
  • a) Precursors of cation exchange groups: SO 2 M and / or POM 2 and / or COM
  • b) sulfinate groups SO 2 Me
and which can be covalently crosslinked using the following organic compounds:
  • a) di- or oligofunctional haloalkanes or haloaromatics which have been reacted with sulfinate groups SO 2 Me, whereby the following crosslinking bridges are present in the polymer / in the polymer blend / in the polymer membrane (Y = crosslinking bridge, X = Hal (F, Cl , Br, I), OR, Y = - (CH 2 ) x -; -arylene-; - (CH 2 ) x arylene-; CH 2 -arylene-CH 2 -, x = 3-12): polymer-SO 2 -Y-SO 2 polymer and / or
  • b) Compounds containing the following groups: Hal- (CH 2 ) X -NHR, which had been reacted on one side (Hal-) with sulfinate groups SO 2 Me and on the other side (-NHR) with SO 2 M groups, whereby the following cross-linking bridges are present in the polymer / in the polymer blend / in the polymer membrane: Polymer-SO 2 - (CH 2 ) x -NR- SO 2 polymer
    and or
  • c) Compounds which contain the following groups: NHR- (CH 2 ) x -NHR which had been reacted with SO 2 Me groups, as a result of which the following crosslinking bridges are present in the polymer / in the polymer blend / in the polymer membrane: polymer SO 2 -NR- (CH 2 ) x - NR-SO 2 polymer
2. Kovalent vernetzter Polymerblend oder Polymerblendmembran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus folgenden Polymeren zusammengesetzt ist:
  • a) einem Polymer mit wenigstens SO2M-Gruppen
  • b) einem Polymer mit wenigstens SO2Me-Gruppen
2. Covalently cross-linked polymer blend or polymer blend membrane according to claim 1, characterized in that it is composed of the following polymers:
  • a) a polymer with at least SO 2 M groups
  • b) a polymer with at least SO 2 Me groups
3. Kovalent vernetzter Polymerblend oder Polymerblendmembran nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Polymer besteht, das folgende Gruppen enthält: SO2M-Gruppen und SO2Me-Gruppen. 3. Covalently cross-linked polymer blend or polymer blend membrane according to claims 1 to 2, characterized in that it consists of a polymer which contains the following groups: SO 2 M groups and SO 2 Me groups. 4. Kovalent vernetzter Polymerblend oder Polymerblendmembran nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das die funktionellen Gruppen tragende Grundpolymer oder die die funktionellen Gruppen tragenden Grundpolymere ausgewählt sind aus der Gruppe der Polyethersulfone, Polysulfone, Polyphenylsulfone, Polyetherethersulfone, Polyetherketone, Polyetheretherketone, Polyphenylenether, Polydiphenylphenylenether, Polyphenylensulfide oder Copolymere sind, die mindestens eine dieser Komponenten enthalten.4. Covalently cross-linked polymer blend or polymer blend membrane according to the claims 1 to 3, characterized in that the base polymer carrying the functional groups or the base polymers carrying the functional groups are selected from the Group of polyether sulfones, polysulfones, polyphenyl sulfones, polyether ether sulfones, Polyether ketones, polyether ether ketones, polyphenylene ethers, polydiphenylphenylene ethers, Polyphenylene sulfides or copolymers are at least one of these components contain. 5. Kovalent und ionisch vernetzter Polymerblend oder Polymerblendmembran nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Grundpolymere folgende Polymere bevorzugt sind: Polysulfone, Polyphenylenether oder andere lithiierbare Polymere.5. Covalently and ionically crosslinked polymer blend or polymer blend membrane according to the Claims 1 to 4, characterized in that the following polymers as base polymers preferred are: polysulfones, polyphenylene ethers or other lithiable polymers. 6. Kovalent vernetzter Polymerblend oder Polymerblendmembran nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Vernetzer bevorzugt werden: Hal-(CH2)x-Hal oder Hal-CH2-Phenylen-CH2-Hal (x = 3-12, Hal = F, Cl, Br, I).6. Covalently crosslinked polymer blend or polymer blend membrane according to claims 1 to 5, characterized in that preferred crosslinkers are: Hal (CH 2 ) x -Hal or Hal-CH 2 -phenylene-CH 2 -Hal (x = 3-12 , Hal = F, Cl, Br, I). 7. Kovalent vernetzter Polymerblend oder Polymerblendmembran nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die SO2M- und/oder POM2- und/oder COM-Gruppen des Polymers/der Polymer(blend)membran durch folgende Nachbehandlung(en) zu den jeweiligen Kationenaustauschergruppen SO3Me und/oder PO3Me2 und/oder COOMe (Me = H, Li, Na, K, Cs oder andere Metallkationen oder Ammoniumionen) hydrolysiert werden:
  • a) in 1 bis 50 Gew.%iger wässriger Lauge bei T = RT-95°C
  • b) in vollentsalztem Wasser bei T = RT-95°C
  • c) in 1 bis 50 Gew.%iger wässriger Mineralsäure bei T = RT-95°C
  • d) in vollentsalztem Wasser bei T = RT-95°C
Dabei kann ggf. einer oder mehrere der Nachbehandlungsschritte ausgelassen werden.
7. Covalently cross-linked polymer blend or polymer blend membrane according to claims 1 to 6, characterized in that the SO 2 M and / or POM 2 - and / or COM groups of the polymer / the polymer (blend) membrane by the following aftertreatment (s) to the respective cation exchanger groups SO3Me and / or PO3Me2 and / or COOMe (Me = H, Li, Na, K, Cs or other metal cations or ammonium ions) are hydrolyzed:
  • a) in 1 to 50 wt .-% aqueous alkali at T = RT-95 ° C.
  • b) in deionized water at T = RT-95 ° C
  • c) in 1 to 50 wt .-% aqueous mineral acid at T = RT-95 ° C.
  • d) in deionized water at T = RT-95 ° C
If necessary, one or more of the post-treatment steps can be omitted.
8. Verfahren zur Herstellung von kovalent vernetzten Polymeren, Polymerblends oder Polymer(blend)membranen nach den Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymere gleichzeitig oder nacheinander in einem dipolar-aprotischen Lösungsmittel, das ausgewählt ist aus N,N-Dimethylformamid (DMF), N,N-Dimethylacetamid (DMAc), N- Methylpyrrolidinon (NMP), Dimethylsulfoxid (DMSO) oder Sulfolan, aufgelöst werden, danach der Vernetzer zugegeben wird, danach der Vernetzer durch Rühren in der polymerlösung homogen verteilt wird, danach die Polymerlösung filtriert wird, danach die Polymerlösung entgast wird, danach die Polymerlösung als dünner Film auf einer Unterlage (Glasplatte, Metallplatte, Gewebe, Vlies etc.) gespreitet wird, danach das Lösungsmittel durch Erhitzen auf 80 bis 130°C und/oder durch Anlegen von Unterdruck oder im Umlufttrockner entfernt wird, danach der Polymerfilm gegebenenfalls von der Unterlage abgelöst wird, danach der Polymerfilm folgendermaßen nachbehandelt wird:
  • a) in 1 bis 50 Gew.%iger wässriger Lauge bei T = RT bis 95°C
  • b) in vollentsalztem Wasser bei T = RT bis 95°C
  • c) in 1 bis 50 Gew.%iger wässriger Mineralsäure bei T = RT bis 95°C
  • d) in vollentsalztem Wasser bei T = RT bis 95°C
Dabei kann ggf. einer oder mehrere der Nachbehandlungsschritte ausgelassen werden.
8. A process for the preparation of covalently crosslinked polymers, polymer blends or polymer (blend) membranes according to claims 1-7, characterized in that the polymers simultaneously or successively in a dipolar aprotic solvent which is selected from N, N-dimethylformamide ( DMF), N, N-dimethylacetamide (DMAc), N-methylpyrrolidinone (NMP), dimethyl sulfoxide (DMSO) or sulfolane, are dissolved, then the crosslinker is added, then the crosslinker is homogeneously distributed in the polymer solution by stirring, then the polymer solution is filtered, then the polymer solution is degassed, then the polymer solution is spread as a thin film on a support (glass plate, metal plate, fabric, fleece, etc.), then the solvent by heating to 80 to 130 ° C and / or by applying negative pressure or is removed in a circulating air dryer, after which the polymer film, if appropriate, is detached from the base, after which the polymer film subsequently follows delt is:
  • a) in 1 to 50% by weight aqueous alkali at T = RT to 95 ° C.
  • b) in deionized water at T = RT to 95 ° C
  • c) in 1 to 50 wt .-% aqueous mineral acid at T = RT to 95 ° C.
  • d) in deionized water at T = RT to 95 ° C
If necessary, one or more of the post-treatment steps can be omitted.
9. Verwendung der Membranen nach den Ansprüchen 1-8 zur Gewinnung von Energie auf elektro-chemischem Weg.9. Use of the membranes according to claims 1-8 for the production of energy electro-chemical way. 10. Verwendung der Membranen nach den Ansprüchen 1-8 als Bestandteil von Membranbrennstoffzellen (H2- oder Direktmethanol-Brennstoffzellen) bei Temperaturen von 0 bis 180°C.10. Use of the membranes according to claims 1-8 as a component of membrane fuel cells (H 2 - or direct methanol fuel cells) at temperatures from 0 to 180 ° C. 11. Verwendung der Membranen nach den Ansprüchen 1-8 in elektrochemischen Zellen.11. Use of the membranes according to claims 1-8 in electrochemical cells. 12. Verwendung der Membranen nach nach den Ansprüchen 1-8 in sekundären Batterien12. Use of the membranes according to claims 1-8 in secondary batteries 13. Verwendung der Membranen nach den Ansprüchen 1-8 in Elektrolysezellen.13. Use of the membranes according to claims 1-8 in electrolytic cells. 14. Verwendung der Membranen nach den Ansprüchen 1-8 in Membrantrennprozessen wie Gastrennung, Pervaporation, Perstraktion, Umkehrosmose, Elektrodialyse, und Diffusionsdialyse.14. Use of the membranes according to claims 1-8 in membrane separation processes such as gas separation, pervaporation, perstraction, reverse osmosis, electrodialysis, and Diffusion dialysis.
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