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Title:
OLIGOMERS AND POLYMERS CONTAINING SULFINATE GROUPS, AND METHODS FOR PRODUCING THE SAME
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/072641
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to polymers obtained by S-alkylation of sulfinated polymers with alkylation agents, and AB-crosslinked polymers obtained by reacting polymers containing alkylation groups with low-molecular sulfinates, under S-alkylation, or AB-crosslinked polymers obtained by S-alkylation of sulfinated polymers with polymers containing alkylation groups, whereby sulfinated polymers are reacted with alkylation agents (I) wherein R represents alkyl, aryl, or any organic radicals; M represents alkali ions or alkaline-earth ions or any monovalent or bivalent metal cation or ammonium cation; ALK represents any alkylation group or polymer; Poly represents any polymer main chain; Hal represents F, Cl, Br, or 1; x represents a number between 2 and 20; X represents electron-attracting groups; and n represents the number of repeat units of the base polymer; and whereby polymers containing alkylation groups are reacted with sulfinated compounds. The invention also relates to the polymers obtained by reacting sulfinated polymers with mixtures of various monofunctional alkylation agents. Furthermore, the invention relates to polymers obtained by reacting sulfinated polymers with mixtures of monofunctional and difunctional or oligofunctional alkylation agents (cross-linking agents), in addition to membranes and other moulded bodies. Disclosed are also the polymers obtained by reacting polymers containing alkylation groups with low-molecular or high-molecular sulfinates, whereby mixtures of various sulfinates can also be used. Finally, the invention relates to methods for producing said sulfinate-alkylated polymers, and for producing membranes and other moulded bodies from said sulfinate-alkylated polymers.

Inventors:
KERRES JOCHEN (DE)
HAERING THOMAS (DE)
Application Number:
PCT/DE2003/000733
Publication Date:
September 04, 2003
Filing Date:
February 28, 2003
Export Citation:
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Assignee:
UNIV STUTTGART (DE)
KERRES JOCHEN (DE)
HAERING THOMAS (DE)
International Classes:
B01D67/00; B01D71/52; B01D71/68; B01D71/80; B01D71/82; C08F8/36; C08G85/00; C08F10/00; C08G65/48; C08G75/23; C08J5/22; C08L81/06; H01M8/02; H01M8/10; (IPC1-7): C08J5/22; B01D71/68; H01M8/02; H01M8/10; C08G65/48; C08G75/23
Domestic Patent References:
WO2002000773A22002-01-03
WO2003022892A22003-03-20
Foreign References:
US6221923B12001-04-24
Other References:
KERRES J ET AL: "New sulfonated engineering polymers VIA THE METALATION ROUTE. II. SULFINATED/SULFONATED POLY (ETHER SULFONE) PSU UDEL AND ITS CROSSLINKING", JOURNAL OF POLYMER SCIENCE, POLYMER CHEMISTRY EDITION, JOHN WILEY AND SONS. NEW YORK, US, vol. 36, 1998, pages 1441 - 1448, XP002241682, ISSN: 0360-6376
KERRES J ET AL: "Development and characterisation of crosslinked ionomer membranes based upon sulfinated and sulphonated PSU. CROSSLINKED PSU BLEND MEMBRANES BY ALKYLATION OF SULFINATE GROUPS WITH DIHALOGENOALKANES", JOURNAL OF MEMBRANE SCIENCE, ELSEVIER SCIENTIFIC PUBL.COMPANY. AMSTERDAM, NL, vol. 139, 1998, pages 227 - 241, XP002241681, ISSN: 0376-7388
Attorney, Agent or Firm:
Häring, Thomas (Stuttgart, DE)
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Claims:
Ansprüche
1. Modifizierte Polymere oder Polymerblends oder Polymer (blend) membranen oder Polymerformkörper, dadurch gekennzeichnet, dass ein wenigstens Sulfinatgruppen SO2M enthaltendes Polymer, ein wenigstens Sulfinatgruppen SO2M enthaltender Polymerblend, eine wenigstens Sulfinatgruppen SOzM enthaltende Polymer (blend) membran oder ein sonstiger wenigstens Sulfinatgruppen SO2M enthaltender Polymerformkörper (M=1, 2oder 3 wertiges Metallkation oder Ammoniumion NR4+ (R=H und/oder Alkyl und/oder Aryl oder Imidazoliumion oder Pyrazoliumion oder Pyridiniumion) SAlkylierungsreaktionen der Sulfinatgruppe unterworfen wird, wobei ALK ein beliebiges Alkylierungsmittel oder ein Gemisch verschiedener Alkylierungsmittel sein kann, das (die) unter SAlkylierung entweder unter Substitution oder unter Addition (bei Olefinen mit elektronenziehenden Gruppen) mit der Sulfinatgruppe reagiert (reagieren) : 0 /0 \ 11 e n OM Q O, In 0, 38r.
2. Dabei kann das Alkylierungsmittel 1 oder 2 oder >2 Alkylierungsgruppen ausweisen' ;.
3. Modifizierte Polymere oder Polymerblends oder Polymer (blend) membranen oder Polymerformkörper, dadurch gekennzeichnet, dass ein wenigstens Alkylierungsgruppen enthaltendes Polymer, ein wenigstens Alkylierungsgruppen enthaltender Polymerblend, eine wenigstens Alkylierungsgruppen enthaltende Polymer (blend) membran oder ein sonstiger wenigstens Alkylierungsgruppen ALK enthaltender Polymerformkörper mit einer nieder oder hochmolekularen Sulfinatverbindung RSO2M (R=beliebiger organischer Rest bzw.
4. Wiederholungseinheit eines Polymers) unter SAlkylierung der Sulfinatgruppen reagiert, wobei ALK ein beliebiges Alkylierungsmittel oder ein Gemisch verschiedener Alkylierungsmittel sein kann, die unter SAlkylierung entweder unter Substitution oder unter Addition (bei Olefinen mit elektronenziehenden Gruppen) mit den Sulfinatgruppen reagieren : 0 0 i i Polyi ALK) + (0, 01 n80rz) SR Poly ALKSR I I o, l8n 0, 18n.
5. Modifizierte Polymere oder Polymerblends oder Polymer (blend) membranen oder Polymerformkörper nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass M ein Alkalimetallkation (Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+) oder ein anderes lwertiges Kation wie Cu+ oder Ag+ ist, dass 0,1 bis 8 Alkylierungbzw. Sulfinatgruppen pro PolymerWiederholungseinheit vorliegen, und das Alkylierungsmittel oder das Gemisch der Alkylierungsmittel 1 oder 2 alkylierbare Gruppen aufweist.
6. Modifizierte Polymere oder Polymerblends oder Polymer (blend) membranen oder Polymerformkörper nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Alkylierungsmittel hochoder niedermolekulare Halogenverbindungen (Hal) nAl oder (Hal) nAr oder (HalCH2) nAr oder (HalAr) nAl, n=ganze Zahl von 1 bis 1000 oder Sultone oder Epoxygruppen enthaltende hochoder niedermolekulare Verbindungen oder Alkoxygruppen enthaltende hochoder niedermolekulare Verbindungen oder Tosylatgruppen enthaltende hochoder niedermolekulare Verbindungen oder andere nucleophile Abgangsgruppen oder Olefingruppen mit elektronenziehenden Gruppen enthaltende hochoder niedermolekulare Verbindungen enthaltende organische Verbindungen eingesetzt werden (R=Alkyl, Aryl, Hetaryl, beliebige organische Reste, M=Alkalioder Erdealkaliion oder beliebiges 1oder 2wertiges Metall oder Ammoniumkation, Polymer=beliebige Polymerhauptkette, Hal=F, Cl, Br, I, x=220, X=elektronenziehende Gruppe, n=Anzahl Wiederholungseinheiten (WE) des Grundpolymers) : Po S02 + (0, 0180n) HalR Polymer S02R Hal 0, 18n 0, 18n Po SO2M + (0, 0180ra) CR2) X I Polymer S02CR2S03M O ix 0, 18n 2 0, 18n Polymer SO2M + (0, 0180r ) CH2=CHX > PolymerSO2CH2CHZX , 18n ou I Polymer S02M + (0, 0180n) HZCCHR Polymer S02CH2CHR , 18n.
7. Modifizierte Polymere oder Polymerblends oder Polymer (blend) membranen oder Polymerformkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Sultone 4, 5 6 oder 7RingSultone bevorzugt werden, wobei auch Benzsultone Verwendung finden können : R 1 1 Rl O Rl (3 R O R Sp Rl RiSO R, 0 0 RI u RI 0 Oc p R Ri X R1 O R1 O RI vs O Ri vs O \0 \0 R, =H und/oder Hal, CnH2nl CnHal2n / O/ O mit n=130 und Hal=F, Cl, Br, I 1 Rl Ru R1 R1 Ri Rls=O s R, Rl II Ri O 1 S O 11 Rl SO S w Rl I Ri I w O O R O R, R, R, R, R/R 1 R, Ri Ri Ri Ri R/R/\ Ri=H und/oder Hal, CnH2n l CnHal2n l mit n=130 und Hal=F, Cl, Br, I.
8. Modifizierte Polymere oder Polymerblends oder Polymer (blend) membranen oder Polymerformkörper nach den Ansprüchen 4und 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Sultone 4oder 5Ring (Benz) Sultone bevorzugt werden.
9. Modifizierte Polymere oder Polymerblends oder Polymer (blend) membranen oder Polymerformkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als halogenhaltige Verbindungen Verbindungen bevorzugt werden, die eine oder mehrere Anionenaustauschergruppen enthalten : m=130, Ri=H und/oder CnH2nlX und/oder Aryl, Hetaryl, Phenyl, mit n=130 und A=Hal (F, Cl, Br, I), OH, beliebiges Anion, Ar=beliebiger Arylenrest.
10. Modifizierte Polymere oder Polymerblends oder Polymer (blend) membranen oder Polymerformkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass m zwischen 1 und 10 liegt, Rl=CnH2n1 mit n=112 ist und/oder Phenyl und Hal Cl, Br oder I ist und Ar=1, 4 Phenylen ist.
11. Modifizierte Polymere oder Polymerblends oder Polymer (blend) membranen oder Polymerformkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Halogenverbindung eine Benzylverbindung Verwendung findet (R=beliebiger organischer Rest) :.
12. Modifizierte Polymere oder Polymerblends oder Polymer (blend) membranen oder Polymerformkörper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Benzylverbindungen folgende Verbindungen bevorzugt werden :.
13. Modifizierte Polymere oder Polymerblends oder Polymer (blend) membranen oder Polymerformkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Halogenverbindung ein Halogenamin Verwendung findet : m=130, R1=H und/oder CnH2n1, und/oder Aryl, Hetaryl, Phenyl, mit n=130 Ar=beliebiger Arylenrest.
14. Modifizierte Polymere oder Polymerblends oder Polymer (blend) membranen oder Polymerformkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Halogenverbindung eine Verbindung Verwendung findet, die Kationenaustauschergruppen oder deren nichtionische Vorstufen enthält : m=130, Hal=F, Cl, Br, I Ar=beliebiger Arylenrest X=OM (M=H oder beliebiges Kation), Hal, ORI, N(R1)2, mit Rl=H und/oder CnH2n1, und/oder Aryl, Hetaryl, Phenyl, mit n=130, NHR2 mit R2=CnF2nl und n=130, NHRg mit R3=S02R2 :.
15. Modifizierte Polymere oder Polymerblends oder Polymer (blend) membranen oder Polymerformkörper nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Halogenverbindung folgende Verbindungen bevorzugt werden :.
16. Modifizierte Polymere oder Polymerblends oder Polymer (blend) membranen oder Polymerformkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Halogenverbindungen Aryloder Hetarylhalogenverbindungen Verwendung finden.
17. Modifizierte Polymere oder Polymerblends oder Polymer (blend) membranen oder Polymerformkörper nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Halogenverbindung Verbindungen bevorzugt werden, die folgende Substrukturen enthalten : OH ci C1 ber N DQ N N N H3C N NH2 H3C N NH2 3 2 3 2 L r ? cN p F. NN H3C (J N. N lN F3C N F N Cl C1 r Pol"rfürSO2M + HalZMHal 3> PolynierSO2Z °MHaI.
18. Modifizierte Polymere oder Polymerblends oder Polymer (blend) membranen oder Polymerformkörper nach Anspruch 4 oder Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Halogenverbindungen Reaktivfarbstoffe bevorzugt werden, die folgende Reaktivgruppen enthalten : Reaktivgruppen : Dichlortriazin, Difluorpyrimidin, Monofluortriazin, Dichlorchinoxalin, Monochlortriazin, Trichlorpyrimidin, Mononicotinsäuretriazin, MichaelAkzeptoren wie Vinylsulfon oder dessen Schwefelsäureester.
19. Modifizierte Polymere oder. Polymerblends oder Polymer (blend) membranen oder Polymerformkörper nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktivfarbstoffe folgende Chromophoren enthalten können : Azo mit Arylpyrazol5on als Kupplungskomponente Azo mit 1Säure als Kupplungskomponente (KK) Azo mit HSäure als KK AzoKupferkomplex mit HSäure als KK KupferkomplexFormazan Phtalocyanin Anthrachinon Triphendioxazin Disazo mit HSäure als KK AzoKupferkomplex mit 1Arylpyrazol5on als KK.
20. Modifizierte Polymere oder Polymerblends oder Polymer (blend) membranen oder Polymerformkörper nach den Ansprüchen 117, dadurch gekennzeichnet, dass als Grundpolymere der modifizierten Polymere, Polymerblends, Polymer (blend) membranen bevorzugt werden. Polyolefine wie Polyethylen, Polypropylen, Polyisobutylen, Polynorbornen, Polymethylpenten, Polyisopren, Poly (1, 4butadien), Poly (1, 2butadien) Styrol (co) polymere wie Polystyrol, Poly (methylstyrol), Poly (α,ß ßtrifluorstyrol), Poly (pentafluorostyrol) perfluorierten Ionomere wie Nafion (E) oder der SO2HalVorstufe oder der SO2M Vorstufe von Nafion (E) (Hal=F, Cl, Br, I), Dow#Membrane, goreSelect#Membrane sulfoniertes PVDF und/oder die SO2HalVorstufe, wobei Hal für Fluor, Chlor, Brom oder Jod steht (Het) arylhauptkettenpolymere wie : Polyetherketone wie Polyetherketon PEK Victrex@, Polyetheretherketon PEEK Victrex#, Polyetheretherketonketon PEEKK, Polyetherketonether ketonketon PEKEKK Ultrapek#, Polyetheretherketonketon PEEKK, Polyetherketonketon PEKK Polyethersulfone wie Polysulfon Udel#, Polyphenylsulfon Radel Razz Polyetherethersulfon Radel A@, Pclyethersulfon PES Victrex0 Polyethersulfon Ultrason@ Poly(benz)imidazole wie PBI Celazol@ und andere den (Benz) imidazol Baustein enthaltende Oligomere und Polymere, wobei die (Benz) imidazolgruppe in der Hauptkette oder in der Polymerseitenkette vorhanden sein kann Polyphenylenether wie z. B. Poly (2,6dimethyloxyphenylen), Poly (2,6 diphenyloxyphenylen) Polyphenylensulfid und Copolymere Poly (1, 4phenylene) oder Poly (1, 3phenylene), die in der Seitengruppe ggf. mit Benzoyl, Naphtoyloder oPhenyloxy1, 4Benzoylgruppen, mPhenyloxy 1, 4Benzoylgruppen oder pPhenyloxy1, 4Benzoylgruppen modifiziert sein können.
21. Poly (benzoxazole) und Copolymere Poly (benzthiazole) und Copolymere Poly (phtalazinone) und Copolymere Polyanilin und Copolymere.
22. Modifizierte Polymere oder Polymerblends oder Polymer (blend) membranen oder Polymerformkörper nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass als Grundpolymere (Het) Arylhauptkettenpolymere bevorzugt werden, welche aus den folgenden Baugruppen bestehen können (R=Baugruppen, BrG=Brückengruppen zwischen den Baugruppen (n=Anzahl der PolymerWiederholungseinheiten (WE) ( (RBrG) n) : Rl Rl RI R2 0 0 0 Ri ru R1 Ri R1 R1 R1 R1 R2 Ri Ri Ri x x x x Ri Ri Ri y y y y ru ri R1 R1 , X N , eN 1, N z <', lTyS Rl Rl R1 R1 1 lkl Rg nH2lll oder Aryl mit n=130 y J n )) t t R) = (... nH, oderAryl N R2=C (C"H2.1) 2 oder N N N N N C (C F n Zn12 Rl Rl mit m=0 oder 1 N N n=130 i N NN : N N N N N N N Y=O, S, NH y.
23. Modifizierte Polymere oder Polymerblends oder Polymer (blend) membranen oder Polymerformkörper nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Polymerreste folgende Typen von Arylhauptkettenpolymeren bevorzugt werden : Polyethersulfone wie PSU Udel (E), PES Victrex0, PPhSU Radel RS), PEES Radel A#, Ultrason (D ; Polyphenylene wie Polypphenylene, PolymPhenylene und Polypstatm phenylene ; Polyphenylenether wie Poly (2,6dimethylphenylenether) und Poly (2,6 diphenylphenylenether) ; Polyphenylensulfid Polyetherketone wie Polyetheretherketon PEEK, Polyetherketon PEK, Polyetheretherketonketon PEEKK, Polyetherketonketon PEKK, Polyetherketonetherketonketon PEKEKK.
24. Modifizierte Polymere oder Polymerblends oder Polymer (blend) membranen oder Polymerformkörper nach den Ansprüchen 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymere zusätzlich noch folgende funktionelle Gruppen an beliebiger Stelle tragen können : NO2, Hal, R2, N (R2) 2, S02R2, NO, SO2Hal, SO2N(R2)2, R9=Cn(CnH2n1)2n1, R9=Cn(Hal)2n1, R9==Cn (C. (Hal) 2ni) 2ni (n=l20). H, Hai (Hal=F, Cl, Br, I), R, OR mit R9=CnH2n1, R9=Cn (CnH2n1)2n1, R9=Cn (Hal) 2n1, R9=Cn(Cn(Hal)2n1)2n1 (n=120), Phenyl, Naphtyl, Anthracenyl, Aryl, Hetaryl, N (R3) 2, N3, N02, ONO, Nitroalkyl, Nitroaryl, COOR9.
25. Verfahren zur Herstellung von modifizierten Polymeren nach den Ansprüchen 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Sulfinatgruppen enthaltenden Polymere gegebenenfalls zusammen mit anderen Polymeren in einem Reaktionskolben gegebenenfalls unter Schutzgas und gegebenenfalls gelöst oder suspendiert in einem für die jeweilige Alkylierungsreaktion geeigneten Lösungsmittel mit den erfindungsgemäßen organischen Alkylierungsmitteln oder Gemischen von Alkylierungsmitteln und gegebenenfalls mit in der Reaktionsmischung leichtoder schwerlöslichen Calciumverbindungen bei Temperaturen von 0°C bis +200°C gegebenenfalls unter Schutzgas unter Rühren zur Reaktion gebracht werden, die Reaktionsmischung bei Temperaturen von 0°C bis +200°C solange gerührt wird, bis die Reaktion beendet ist, und dann die Aufarbeitung der Reaktionsmischung wie folgt durchgeführt wird : (a) Wasserunlösliche Produkte : 1) (optional) Zugabe eines 2lOfachen Überschusses an Wasser, wässriger Calciumsalzlösung wie z. B. Calciumchloridlösung oder Calciumgluconatlösung und/oder wässriger Laugenlösung (130% ige NaOH, KOH, LiOH, Ca (OH) 2, 130% ige Ammoniaklösung oder Aminlösung), bezogen auf die molare Menge an Alkylierungsmittel, unter Rühren zur Reaktionsmischung, um überschüssiges Alkylierungsmittel zu vernichten und gegebenenfalls bei der Reaktion freigesetzte Fluoridionen als CaF2 auszufällen ; 2) Ausfällen bzw. Suspendieren der Reaktionsmischung in einem 220fachen Überschuss (bezogen auf das Volumen der Reaktionsmischung oder des modifizierten Polymers) eines Alkohols (Methanol, Ethanol, iPropanol, n Propanol) oder von Wasser oder einer wässrigen Mineralsalzlösung (NaCl, NaHCO3, Na2S04, CaCl2, etc. ) oder anderer üblicher Fällungsmittel (Aceton, Methylethylketon o. ä. ) und Filtration ; 3) Waschen des Niederschlags bis zur lonenfreiheit des Waschwassers ; 4) Trocknung bei erhöhten Temperaturen und ggf. vermindertem Druck ; 5) (optional) Wiederauflösung des modifizierten Polymers in einem geeigneten Lösungsmittel und Aufarbeitung wie oben (ab 2)). (b) Wasserlösliche Produkte :, ! 1) Versetzen der Reaktionsmischung mit einem 2lOfachen Überschuss an Wasser, wässriger Calciumsalzlösung wie z. B. Calciumchloridlösung oder Calciumgluconatlösung und/oder wässriger Laugenlösung (130% ige NaOH, KOH, LiOH, Ca (OH) 2, 130% ige Ammoniaklösung oder Aminlösung), bezogen auf die molare Menge an Alkylierungsmittel, unter Rühren zur Reaktionsmischung, um überschüssiges Alkylierungsmittel zu vernichten und gegebenenfalls bei der Reaktion freigesetzte Fluoridionen als CaF2 auszufällen ; 2) Mischen der Reaktionsmischung mit einem 520fachen Überschuss an Wasser und Dialyse bis zur Entfernung aller niedermolekularen Stoffe ; 3) Abfiltration von eventuell wasserunlöslichen Bestandteilen des Dialysas ; 4) Trocknung bei erhöhten Temperaturen und ggf. vermindertem Druck.
26. Verfahren zur Herstellung von Polymer (blend) membranen nach den Ansprüchen 121, dadurch gekennzeichnet, dass die Sulfinatgruppen enthaltenden Polymere gegebenenfalls zusammen mit anderen Polymeren in einem Reaktionsgefäß gegebenenfalls unter Schutzgas und gegebenenfalls gelöst oder suspendiert in einem für die jeweilige Alkylierungsreaktion geeigneten dipolaraprotischen other protischen oder EtherLösungsmittel mit den erfindungsgemäßen organischen Alkylierungsmitteln oder Gemischen von Alkylierungsmitteln und gegebenenfalls mit in der Reaktionsmischung leichtoder schwerlöslichen Calciumverbindungen bei Temperaturen von 0°C bis +200°C gegebenenfalls unter Schutzgas unter Rühren gemischt werden, die Reaktionsmischung bei Temperaturen von 0°C bis +200°C solange gerührt wird, bis die Alkylierungsreaktion eingesetzt hat oder beendet ist, und dann direkt aus der Reaktionsmischung ein dünner Film auf einer Unterlage (z. B.
27. Glasoder Metallplatte oder Gewebe oder Vlies) ausgerakelt wird, aus dem Film das Lösungsmittel durch Temperaturerhöhung und ggf. Unterdruck entfernt wird, und danach der Polymer (blend) film in folgender Weise nachbehandelt wird, wobei die Anzahl und Reihenfolge der Nachbehandlungsschritte variiert werden können : (1). Gegebenenfalls 150% ige wässrige Calciumsalzlösung bei T=0°C bis 90°C für 1 bis 48 Stunden (2) 1. 50% ige wässrige Base bei T=0°C bis 90'C für 1 bis 48 Stunden (3) 120% ige wässrige Mineralsäure bei T=0°C bis 1Q0°C für 1 bis 48 Stunden (4) Wasser bei T=0°C bis 100°C für l bis 48 Stunden.
28. Verfahren zur Herstellung von entweder oberflächlich oder im bulk modifizierten Polymer (blend) membranen oder anderen Polymerformkörpern nach den Ansprüchen 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Sulfinatgruppen enthaltenden Polymermembranen oder die Polymerformkörper, welche sich gegebenenfalls in einem organischen Lösungsmittel befinden, in einem Reaktionsgefäß mit einem Alkylierungsmittel oder einem Gemisch verschiedener Alkylierungsmittel gegebenenfalls unter Schutzgas und gegebenenfalls unter Addition von in der Reaktionsmischung leichtoder schwerlöslichen Calciumverbindungen bei Temperaturen von 0°C bis +200°C entweder oberflächlich oder im bulk bis zum Ende der Alkylierungsreaktion alkyliert werden, und dann wie folgt aufgearbeitet werden : 1) Zugabe eines 2lOfachen Überschusses an Wasser, wässriger Calciumsalzlösung wie z. B. Calciumchloridlösung oder Calciumgluconatlösung und/oder wässriger Laugenlösung (130% ige NaOH, KOH, LiOH, Ca (OH) 2, l30% ige Ammoniaklösung oder Aminlösung), bezogen auf die molare Menge an Alkylierungsmittel, zum Polymerformkörper, um überschüssiges Alkylierungsmittel zu vernichten und gegebenenfalls bei der Reaktion freigesetzte Fluoridionen als CaF2 auszufällen ; 2) Waschen des Polymerformkörpers in einem 220fachen Überschuss (bezogen auf das Volumen der Reaktionsmischung oder des modifizierten Polymers) eines Alkohols (Methanol, Ethanol, iPropanol, nPropanol) oder von Wasser oder einer wässrigen Mineralsalzlösung (NaCl, NaHCO3, Na2S04, CaCl2, Ca (N03) 2 etc. ) oder anderer üblicher organischer Lösungsmittel (Aceton, Methylethylketon o. ä. ) ; 3) Waschen mit Wasser bis zur Ionenfreiheit des Waschwassers ; 4) Trocknung bei erhöhten Temperaturen und ggf. vermindertem Druck.
29. Verfahren zur Herstellung von modifizierten Polymeren nach den Ansprüchen 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Alkylierungsgruppen enthaltenden Polymere gegebenenfalls zusammen mit anderen Polymeren in einem Reaktionskolben gegebenenfalls unter Schutzgas und gegebenenfalls gelöst. oder suspendiert in einem für die jeweilige Alkylierungsreaktion geeigneten Lösungsmittel mit den erfindungsgemäßen niederoderhochmolekularen Sulfinaten oder Gemischen von verschiedenen Sulfinaten und gegebenenfalls, mit in der Reaktionsmischung leicht oder schwerlöslichen Calciumverbindangen bei Temperaturen von 0°C bis +2000C gegebenenfalls unter Schutzgas unter Rühren zur Reaktion gebracht werden, die Reaktionsmischung bei Temperaturen von 0°C bis +200°C solange gerührt wird, bis die Reaktion beendet ist, und dann die Aufarbeitung der Reaktionsmischung wie folgt durchgeführt wird : (a) Wasserunlösliche Produkte : 1) (optional) Zugabe eines 2lOfachen Überschusses an Wasser wässriger Calciumsalzlösung wie z. B. Calciumchloridlösung oder Calciumgluconatlösung und/oder wässriger Laugenlösung (130% ige NaOH, KOH, LiOH, Ca (OH) 2, 130% ige Ammoniaklösung oder Aminlösung), bezogen auf die molare Menge an Alkylierungsmittel, unter Rühren zur Reaktionsmischung, um überschüssiges Alkylierungsmittel zu vernichten und gegebenenfalls bei der Reaktion freigesetzte Fluoridionen als CaF2 auszufällen ; 2) Ausfällen bzw. Suspendieren der Reaktionsmischung in einem 220fachen Überschuss (bezogen auf das Volumen der Reaktionsmischung oder des modifizierten Polymers) eines Alkohols (Methanol, Ethanol, iPropanol, n Propanol) oder von Wasser oder einer wässrigen Mineralsalzlösung (NaCl, NaHCO3, Na2S04, CaCl2, Ca (N03) 2 etc. ) oder anderer üblicher Fällungsmittel (Aceton, Methylethylketon o. ä. ) und Filtration ; 3) Waschen des Niederschlags bis zur Ionenfreiheit des Waschwassers ; 4) Trocknung bei erhöhten Temperaturen und ggf. vermindertem Druck ; 5) (optional) Wiederauflösung des modifizierten Polymers in einem geeigneten Lösungsmittel und Aufarbeitung wie oben (ab 2)). (b) Wasserlösliche Produkte : 1) Versetzen der Reaktionsmischung mit einem 2lOfachen Überschuss an Wasser wässriger Calciumsalzlösung wie z. B. Calciumchloridlösung oder Calciumgluconatlösung und/oder wässriger Laugenlösung (130% ige NaOH, KOH, LiOH, Ca (OH) 2, 130% ige Ammoniaklösung oder Aminlösung), bezogen auf die molare Menge an Alkylierungsmittel, unter Rühren zur Reaktionsmischung, um überschüssiges Alkylierungsmittel zu vernichten und gegebenenfalls bei der Reaktion freigesetzte Fluoridionen als CaF2 auszufällen ; 2) Mischen der Reaktionsmischung mit einem 520fachen Überschuss an Wasser und Dialyse bis zur Entfernung aller niedermolekularen Stoffe ; . 3) Abfiltration von eventuell wasserunlöslichen Bestandteilen des Dialysäts ; 4) Trocknung bei'. erhöhten Temperaturen, und ggf. vermindertem Druck.
30. Verfahren zur Herstellung von Polymer (blend) membranen nach den Ansprüchen 121, dadurch gekennzeichnet, dass die Alkylierungsgruppen enthaltenden Polymere gegebenenfalls zusammen mit anderen Polymeren in einem Reaktionsgefäß gegebenenfalls unter Schutzgas und gegebenenfalls gelöst oder suspendiert in einem für die jeweilige Alkylierungsreaktion geeigneten Lösungsmittel mit den erfindungsgemäßen mit den erfindungsgemäßen niederoder hochmolekularen Sulfinaten oder Gemischen von verschiedenen Sulfinaten und gegebenenfalls mit in der Reaktionsmischung leichtoder schwerlöslichen Calciumverbindungen bei Temperaturen von 0°C bis +200°C gegebenenfalls unter Schutzgas unter Rühren gemischt werden, die Reaktionsmischung bei Temperaturen von 0°C bis +200°C solange gerührt wird, bis die Alkylierungsreaktion eingesetzt hat oder beendet ist, und dann direkt aus der Reaktionsmischung ein dünner Film auf einer Unterlage (z. B.
31. Glasoder Metallplatte oder Gewebe oder Vlies) ausgerakelt wird, aus dem Film das Lösungsmittel durch Temperaturerhöhung und ggf. Unterdruck entfernt wird, und danach der Polymer (blend) film in folgender Weise nachbehandelt wird, wobei die Anzahl und Reihenfolge der Nachbehandlungsschritte variiert werden können : (1) Gegebenenfalls 150% ige wässrige Calciumsalzlösung bei T=0°C bis 90°C für 1 bis 48 Stunden (2) 150% ige wässrige Base bei T=0°C bis 90°C für 1 bis 48 Stunden (3) 120% ige wässrige Mineralsäure bei T=0°C bis 100°C für 1 bis 48 Stunden (4) Wasser bei T=0°C bis 100°C für 1 bis 48 Stunden.
32. Verfahren zur Herstellung von entweder oberflächlich oder im bulk modifizierten Polymer (blend) membranen oder anderen Polymerformkörpern nach den Ansprüchen 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Alkylierungsgruppen enthaltenden Polymermembranen oder die Polymerformkörper, welche sich gegebenenfalls in einem organischen Lösungsmittel befinden, in einem Reaktionsgefäß gegebenenfalls unter Schutzgas und gegebenenfalls mit in der Reaktionsmischung leichtonler schwerlöslichen Cålciumverbindungen bei Temperaturen von 0°C bisW200°C entAteder oberflächlicll oder im bulk bis zum Ende der Alkylierungsreaktion mit erfihdung'sgemäßen niederoder hochmolekularen Sulfinaten oder Gemischen von verschiedenen Sulfinaten alkyliert werden, und dann wie folgt aufgearbeitet werden : 1) Zugabe eines 2lOfachen Überschusses an Wasser, wässriger Calciumsalzlösung wie z. B. Calciumchloridlösung oder Calciumgluconatlösung und/oder wässriger Laugenlösung (130% ige NaOH, KOH, LiOH, Ca (OH) 2, 130% ige Ammoniaklösung oder Aminlösung), bezogen auf die molare Menge an Alkylierungsmittel, zum Polymerformkörper, um überschüssiges Alkylierungsmittel zu vernichten und gegebenenfalls bei der Reaktion freigesetzte Fluoridionen als CaF2 auszufällen ; 2) Waschen des Polymerformkörpers in einem 220fachen Überschuss (bezogen auf das Volumen der Reaktionsmischung oder des modifizierten Polymers) eines Alkohols (Methanol, Ethanol, iPropanol, nPropanol) oder von Wasser oder einer wässrigen Mineralsalzlösung (NaCl, NaHC03, Na2S04, CaCl2, Ca (N03) 2 etc.) oder anderer üblicher organischer Lösungsmittel (Aceton, Methylethylketon o. ä. ) ; 3) Waschen mit Wasser bis zur Ionenfreiheit des Waschwassers ; 4) Trocknung bei erhöhten Temperaturen und ggf. vermindertem Druck.
33. Verfahren nach den Ansprüchen 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass als Reaktionsmedium oder als Lösungsmittel für die Alkylierungsreaktion folgende Lösungsmittel, entweder in reiner Form oder als Mischungen, verwendet werden : dipolaraprotische Lösungsmittel wie Dimethylsulfoxid, Sulfolan, N Methylpyrrolidinon, N, NDimethylacetamid, N, NDimethylformamid, N Methylformamid, NMethylacetamid, Acetonitril, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, oder Mischungen dieser Lösungsmittel untereinander, ein Etherlösungsmittel wie beispielsweise Diethylether, Tetrahydrofuran, Glyme, Diglyme, Triglyme, Dioxan, oder Mischungen dieser Lösungsmittel untereinander ; ein Alkylalkohol wie Methanol, Ethanol, nPropanol, iPropanol, oder Mischungen dieser Lösungsmittel untereinander ; ein Keton wie Methylethylketon. oder Aceton, oder Mischungen dieser Lösungsmittel untereinander Wasser oder seine Mischungen mit den obigen Lösungsmitteln.
34. Beliebige Mischungen der obigen Lösungsmittel.
35. Verfahren nach den Ansprüchen 2228, dadurch gekennzeichnet, dass als leichtoder schwerlösliche Calciumverbindungen in der Reaktionsmischung folgende Calciumverbindungen bevorzugt werden : Calciumacetylacetonat (Bis (2, 4pentandionato) calcium) Calciumbis (6, 6,7, 7,8, 8,8heptafluor2, 2dimethyl3,5octandionat) Calcium1, 1, 1, 5,5, 5hexafluoracetylacetonat Calciummethylat Calciumoxalat CalciumDgluconat Calcium (2, 2,6, 6tetramethyl3,5heptandionat) Calciumtriflat (Trifluormethansulfonsäure Calciumsalz).
36. Verformung der nach den Ansprüchen 129 hergestellten modifizierten Polymere zu Membranen zur Verwendung in Membranprozessen oder gegebenenfalls in Membranbrennstoffzellen, Membranelektrolyse.
37. Verwendung der nach den Ansprüchen 129 modifizierten Polymere als Blendkomponente protonenleitfähiger Blendmembranen für Membranbrennstoffzellen oder Membranelektrolyse, wobei die Blendmembranen gegebenenfalls physikalisch und/oder kovalent vernetzt sein können.
38. Verwendung der nach den Ansprüchen 129 hergestellten modifizierten Polymermembranen in Membrantrennprozessen, Membranbrennstoffzellen oder Membranelektrolyse. allgemeinen Formeln (1A), (1B), (1C), (1D), (1E), (1F), (1G), (1H), (1I), (1J), (1K), (1L), (1M), (1N), (10), (1P), (1Q), (1R), (1S) und/oder (1T), auf: <BR> <BR> <BR> OR6 (1A)<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> SR6 (1B) OR6SO2R6 (1C) OR6SO2R6OR6 (1D) Das erfindungsgemäße Polymer weist wiederkehrende Einheiten X S entsprechend den.
Description:
Erfindungsbeschreibung Es wurde überraschend gefunden, dass sich sulfinierte Polymere mittels Sulfinat-S- Alkylierung vielfältig modifizieren lassen. Mittels dieser Reaktion lassen sich auch funktionelle Gruppen in Polymere einführen, die mit anderen Verfahren nicht eingeführt werden können. Eine Auswahl der gefundenen neuen Reaktionen ist in Abb. 1 aufgeführt.

Die erste Gruppe betrifft die Reaktion von Sultonen mit polymeren Sulfinaten, wie beispielsweise in Abb. 2 aufgeführt. Es gibt jedoch prinzipiell keine Einschränkung bei der Auswahl der Sultone. Jedes Sulton kann verwendet werden. Die Kleinring-Sultone (4-und 5- Ringe) sind jedoch wegen ihrer hohen Ringspannung reaktiver als die Großring-Sultone (6- Ringe und größer). Die höchsten Reaktivitäten zeigen dabei die perfluorierten Kleinring- Sultone wie der in Abb. 2 aufgeführte perfluorierte Sulton. Auch Lactame, Lactone und Sultame sowie gemischte Verbindungen aus diesen Komponenten können mit Sulfinaten zur Reaktion gebracht werden.

Die zweite Gruppe von Reaktionen ist die überraschend mögliche Alkylierung von polymeren Sulfinaten mit Halogenaryl-, Halogenalkyl-und Halogenbenzyl-Ammonium-und Phosphoniumsalzen, wie beispielsweise in Abb. 3 gezeigt.

Dabei ist prinzipiell die Auswahl des jeweiligen Ammonium-oder Phosphoniumsalzes keiner Einschränkung unterworfen, jedoch sind solche Ammonium-oder Phosphoniumsalze bevorzugt, die entweder lange Alkyl (>Propyl)-oder die Phenylgruppen an der Ammonium- /Phosphoniumgruppe tragen, da solche Salze besser in den organischen Lösungsmitteln löslich sind, in denen auch die polymeren Sulfinate löslich sind (dipolar-aprotische Lösungsmittel wie N, N-Dimethylformamid DMF, N-Methylformamid, N, N- Dimethylacetamid DMAc, N, N-Dimethylpyrrolidinon NMP, Dimethylsulfoxid DMSO, Sulfolan). Zur weiteren Verbesserung der Verträglichkeit der Sulfinat-Polymerlösungen mit den Ammonium-/Phosphoniumsalzen können der Polymerlösung noch Kronenether wie 18- Krone-6,15-Krone-5 oder 12-Krone-4 zugesetzt werden, die das Kation der Sulfinatgruppe komplexieren. Bei den Halogen-Abgangsgruppen von Halogenalkyl-oder Benzyl- Verbindungen wurde folgende Reihenfolge der Reaktivität der Alkylierung der Sulfinatgruppe festgestellt : I » Br>Cl » F. Bei den Halogen-Abgangsgruppen von Halogenaryl-Verbindungen wurde folgende Reihenfolge der Reaktivität der Alkylierung der Sulfinatgruppe festgestellt : F » Cl>Br>I.

Eine weitere Gruppe von mit polymeren Sulfinaten reagierenden Halogenverbindungen sind überraschenderweise halogenierte primäre, sekundäre und tertiäre aliphatische, aromatische und/oder benzylische Amine sowie Halogenbenzyl-Amine und deren Hydrohalogenide, von denen einige in Abb. 4 aufgeführt sind. Dabei können die Aminogruppen auch mit einer Aminschutzgruppe geschützt sein. Überraschend ist auch insbesondere die Einführung von Irnidazolgruppen mittels erfindungsgemäßen Verfahren möglich, wie Abb. 4a und Abb. 4b zeigen. In Abb. 4a ist die Reaktion fluorierter Arylimidazol-Abkömmlinge mit polymeren Sulfinaten beschrieben, während in Abb. 4b die Reaktion von Halogenalkyl-Imidazolen mit polymeren Sulfinaten gezeigt wird.

Eine vierte Gruppe von Reaktionen betrifft die überraschend mögliche S-Alkylierung von Sulfinaten mit Halogenalkyl-oder Halogenaryl-oder Halogenbenzyl-sulfonaten,- Phosponaten, -Carboxylaten-boronaten oder deren nichtionischen Vorstufen, von denen einige in Abb. 5a aufgeführt sind.

Dabei sind die nichtionischen Vorstufen der Sulfonate, Phosphonate und Carboxylate (Säurehalogenide, Säureester, ,amideSäureamide, Säureimide, Säureanhydride) bevorzugt, weil sich diese zum einen besser in den organischen Lösungsmitteln lösen, welche auch zur Auflösung der polymeren Sulfinate Verwendung finden, und zum anderen keine unerwünschten Wechselwirkungen mit den Sulfinatgruppen eingehen (wie z. B. Bildung von Ionenpaaren). Gegebenenfalls können den Polymersulfinatlösungen und den Halogenaryl- Halogenalkyl-oder Halogenbenzylcarboxylaten, Halogenaryl-Halogenalkyl-oder Halogenbenzylphosphonaten oder Halogenaryl-Halogenalkyl-oder Halogenbenzylsulfonaten oder Halogenaryl-Halogenalkyl-oder Halogenbenzylboronaten noch Kronenether hinzugefügt werden, um die Kationen der Salze zu komplexieren.

Wie bereits aufgeführt, reagieren von den aromatischen Halogeniden die aromatischen Fluorverbindungen am besten mit Sulfinaten unter S-Alkylierung. Es wurde überraschend festgestellt, dass die Zugabe von Calciumverbindungen zur Reaktionsmischung und/oder die Nachbehandlung der erzeugten Polymere, Polymerblends, Polymer (blend) membranen oder anderer Formkörper aus den erfindungsgemäßen Reaktionsprodukten mit wässrigen Lösungen von Calciumverbindungen die Sulfinat-S-Alkylierungsreaktion begünstigt. Vermutlich kommt es dabei zur Entfernung der bei der S-Alkylierung freiwerdenden Fluoridanionen aus dem Reaktionsgleichgewicht durch Bildung von extrem schwerlöslichem Calciumfluorid : 2 Ar-F + 2 M02S-R'+ Ca2+ @ 2 Ar-S (0) 2-R +CaF2 Wird die S-Alkylierungsreaktion in organischen Lösungsmitteln durchgeführt, sind Calciumverbindungen bevorzugt, die in organischen Lösungsmitteln löslich sind, wie beispielsweise : - Calciumacetylacetonat (Bis- (2, 4-pentandionato) -calcium) - Calcium-bis- (6, 6,7, 7,8, 8, 8-heptafluor-2, 2-dimethyl-3,5-octandionat) -Calcium-1, 1,1, 5,5, 5-hexafluoracetylacetonat - Calciummethylat -Calciumoxalat - Calcium-D-gluconat - Calcium- (2, 2,6, 6-tetramethyl-3,5-heptandionat) - Calciumtriflat (Trifluormethansulfonsäure Calciumsalz) Es ist jedoch bei manchen Reaktionen auch ausreichend, zur Reaktionsmischung ein im verwendeten organischen Lösungsmittel schwerlösliches Calciumsalz hinzuzugeben, da bereits kleinste Konzentrationen von Calcium-und Fluoridionen in der Reaktionsmischung ausreichen,, um Calciumfluorid auszufällen. So können zur Reaktionsmischung auch Calcium-Mineralsalze hinzugefügt werden : Calciumhalogenide, Caiciümsulfat, Calciumhydrogensulfat, Calciumphosphate und-hydrogenphosphate, Calciumoxid, Calciumhydroxid und andere Calciumsalze.

Es ist auch sinnvoll, die Reaktionsprodukte der S-Alkylierung von Sulfinaten mit Arylfluorverbindungen mit wässrigen Lösungen von Calciumsalzen nachzubehandeln, um einerseits die S-Alkylierungsreaktionen zu vervollständigen und andererseits die bei der Reaktion freigesetzten sehr giftigen Fluoridionen durch Ausfällung mit Calciumionen als CaF2 unschädlich zu machen, was vor allem für einen industriellen Produktionsprozess sehr wichtig ist.

Es wurde überraschend festgestellt, dass es bei der Reaktion von di-und höherfluorierten aromatischen Sulfonsäurechloriden mit polymeren Sulfinaten gleichzeitig zu Vernetzungsreaktionen kommt, da das Reaktionsprodukt in organischen Lösungsmitteln nicht mehr löslich ist. In Abb. 5b ist der postulierte Verlauf der Reaktion eines polymeren Li- Sulfinats mit Pentafluorbenzolsulfochlorid abgebildet. Die gebildeten kovalent vernetzten Ionomermembranen weisen einen überraschend niedrigen ionischen Widerstand bei überraschend niedriger Wasseraufnahme (Quellung) auf (siehe Anwendungsbeispiele).

Es wurde überraschend festgestellt, dass ein Gemisch von : -niedermolekularen di-und höherfluorierten aromatischen Sulfonsäurehalogeniden, Carbonsäurehalogeniden oder Phosphonsäurehalogeniden oder anderen nichtionischen Vorstufen der entsprechenden Säuren (Ester, Amide, Imide) und niedermolekularen perfluorierten aromatischen Verbindungen wie Perfluordiphenylsulfon, Perfluorbenzophenon, Perfluortriphenylphosphinoxid, Perfluordiphenyl, Perfluordiphenylether und anderen perfluorierten aromatischen Verbindungen (Abb. 5c) bei der Reaktion mit polymeren oder oligomeren Sulfinaten zu vernetzten Ionomermembranen besonders hoher chemischer Stabilität und niedriger Quellung auch bei hohen Temperaturen führt.

Es wurde überraschend festgestellt, dass auch Mischungen von polymeren oder oligomeren Sulfinaten mit den folgenden niedermolekularen Verbindungen zu kovalent vernetzten Ionomer-Membranen mit einem besonders vorteilhaften Eigenschaftsprofil führen : niedermolekulare per-oder teilfluorierte Vorstufen von aromatischen Carbonsäuren, Phosphonsäuren oder Sulfonsäuren oder deren nichtionische Vorstufen - (Säurehalogenide, Säureamide, Säureimide, Säureester) und Dihalogenalkane Hal (CH2) xHal (x=1-20, Hal=I, Br, Cl) Eine weitere, fünfte Stoffgruppe, die überraschenderweise mit polymeren Sulfinaten unter S- Alkylierung zu reagieren vermag, sind Hetarylhalogenverbindungen, von denen eine Auswahl in Abb. 6 aufgeführt ist.

Insbesondere wurde überraschend gefunden, dass sich mittels der erfindungsgemäßen Reaktion Reaktivfarbstoffe an sulfinatgruppenhaltige Polymere anbinden lassen. In Abb. 7 sind beispielhafte Reaktivgruppen von Farbstoffen aufgeführt, die mit Sulfinatgruppen unter S-Alkylierung reagieren. Die Reihenfolge der Affinität der (het) aromatischen Halogenverbindungen zur S-Alkylierungsreaktion ist dabei F>Cl>Br>I. Dabei sind die Reaktivgruppen nicht auf Halogenreste begrenzt, sondern können auch maskierte oder unmaskierte Vinylsulfongruppen oder andere ungesättigte Olefingruppierungen aufweisen.

Dabei sind Olefine bevorzugt, die elektronenziehende Gruppen (z. B. Sulfongruppen, Sulfonatgruppen, Sulfonamidgruppen, Sulfonimidgruppen, Nitrogruppen, Halogengruppen, Nitrosogruppen, Carbonylgruppen, Carboxylgruppen) aufweisen.

In Abb. 8 sind beispielhaft Reaktivfarbstoffe aufgeführt, die erfindungsgemäß reagieren. Ein Anwendungsgebiet von dergestalt mit Reaktivfarbstoffen gefärbten Polymeren ist die nichtlineare Optik. Vorteil dieser Polymere ist, dass die Farbstoffe durch die erfindungsgemäße Alkylierungsreaktion dauerhaft an das Polymer angebunden sind.

Es wurde weiter überraschend gefunden, dass sich mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auch funktionelle Gruppen in Polymere einführen lassen, in die normalerweise diese Gruppen nicht eingeführt werden können. So kann mittels einer Metallierungsreaktion eine funktionelle Gruppe in metallierbare Polymere eingeführt werden, die Eigenleitfähigkeit aufweist (Abb.

9) 6 Bisher war es nicht möglich, diese Gruppe auch in Polymere einzuführen, die nicht metallierbar sind. Eine Gruppe von Polymeren, die nicht metalliert werden können, sind die Polyetherketone, da sich an deren Carbonylfunktion metallorganische Verbindungen wie beispielsweise n-Butyllithium addieren würde. Über die erfindungsgemäßen Verfahren eröffnet sich nun ein Weg zu einer Einführung der eigenleitfähigen Gruppe auch in . Polyetherketone. Dazu werden, in einem Polyetherketon, das Sulfochloridgrüppen enthält, die Sulfochloridgruppen mittels beispielsweise Natriumsulfit zu Sulfinatgruppen reduziert. Die Sulfinatgruppen können anschließend mit einer halogenhaltigen Verbindung, die die eigenleitfähige funktionelle Gruppe enthält, alkyliert werden (Abb. 10).

Es wurde weiterhin überraschend gefunden, dass Polymere, die Alkylierungsgruppen enthalten, mit nieder-oder hochmolekularen Sulfinaten unter S-Alkylierung zur Reaktion gebracht werden können. Beispiele für erfindungsgemäße Alkylierungsgruppen sind (Hal=F, Cl, Br, I) : Halogenalkylgruppen Hal-Al (Al=aliphatischer Rest) <BR> <BR> <BR> <BR> -Halogenarylgruppen Hal-Ar<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> Halogenbenzylgruppen Hal-CH2-Ar Beispiele für erfindungsgemäße Polymere mit Alkylierungsgruppen sind insbesondere halogenmethylierte Polymere (z. B. chlormethyliertes Polystyrol, brommethyliertes Polysulfon).

Es wurde weiter überraschend gefunden, dass sich auch dünne Filme (Membranen) oder andere Formkörper aus sulfinierten Polymeren erfindungsgemäß durch Sulfinat-S- 6 Kerres et al., J. Polym. Sci., Part A : Polym. Chem., 39,2874-2888 (2001) Alkylierung modifizieren lassen, und zwar entweder oberflächlich oder im bulk : wird die Membran in einem geeigneten organischen Lösungsmittel, das auch Alkylierungsmittel enthält, gequollen, können alle Sulfinatgruppen der Membran/des Formkörpers alkyliert werden ; im ungequollenen Zustand wird die Membran/der Formkörper nur oberflächlich durch Alkylierung modifiziert (dazu zählt auch die innere Oberfläche poröser Membranen).

Überraschend wurde gefunden, dass auch der umgekehrte Fall möglich ist : Membranen oder andere Formkörper, die Alkylierungsgruppen enthalten, werden in einem geeigneten organischen Lösungsmittel gequollen, das nieder-oder hochmolekulare Sulfinatverbindungen enthält. Die Alkylierung erfolgt entweder oberflächlich oder im bulk.

Es wurde weiterhin überraschend festgestellt, dass sich gegebenenfalls kovalent vernetzte dünne Filme (Membranen) oder andere Formkörper aus Polymeren mittels Sulfinat-S- Alkylierung in einem Schritt herstellen lassen, indem in einem ersten Schritt folgende Reaktionsmischungen hergestellt werden : (1) ein sulfiniertes Polymer wird in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst. Danach wird zur Lösung ein Alkylierungsmittel oder ein Gemisch verschiedener Alkylierungsmittel, wobei die Alkylierungsmittel auch oder mehr Alkylierungsgruppen aufweisen können (=Vernetzer), addiert. Dabei können die Alkylierungsmittel auch noch weitere funktionelle Gruppen aufweisen, beispielsweise Kationenaustauschergruppen oder deren nichtionische Vorstufen oder Anionenaustauschergruppen oder deren nichtionische Vorstufen.

(2) Ein Alkylierungsgruppen enthaltendes Polymer (z. B. ein halogenmethyliertes Polymer) wird in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst. Danach werden zur Lösung eine oder mehrere Sulfinatgruppen enthaltende nieder-oder hochmolekulare Verbindung (en) hinzugefügt. Dabei können die Sulfinate auch noch weitere funktionelle Gruppen aufweisen, beispielsweise Kationenaustauschergruppen oder deren nichtionische Vorstufen oder Anionenaustauschergruppen oder deren nichtionische Vorstufen.

Die Reaktionsmischungen werden in einem weiteren Schritt auf einer Unterlage (Glas- Metall-oder Kunststoffplatte, Gewebe, Vlies) ausgerakelt. Danach wird das Lösungsmittel durch Temperaturerhöhung und/oder Anwendung von Unterdruck abgedampft. Während der Lösungsmittelabdampfung finden die Alkylierungsreaktionen statt.

Sollen die Membranen kovalent vernetzt sein, müssen der Reaktionsmischung (1) hoch-oder niedermolekulare Verbindungen zugefügt werden, die 2 oder mehr Alkylierugsgruppen enthalten. Ein Beispiel für einen hochmolekularen Vernetzer, der erfindungsgemäß eingesetzt werden kann, ist ein halomethyliertes Polymer (chlormethyliertes Polystyrol, brommethyliertes Polysulfon). Beispiele für niedermolekulare Vernetzer sind in Abb. 11 aufgeführt. Dabei können die Vernetzer neben die mit den Sulfinatgruppen reagierenden funktionellen Gruppen auch noch weitere funktionelle Gruppen, beispielsweise basische oder saure funktionelle Gruppen (Abb. 11) oder deren nichtionische Vorstufen, aufweisen.

Anwendungsbeispiele <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> 1. Reakton von Polysulfon-Lithiumsulfinat mit (3-Brompropyl) trimethylammonium- bromid 10 g 5 Gew% ige PSU-Lithiumsulfinatlösung (1 Sulfinatgruppe pro Wiederholungseinheit) in Dimethylsulfoxid DMSO werden unter Rühren mit 10,179 g einer 5 Gew% igen Lösung von (3-Brompropyl) trimethylammoniumbromid in DMSO versetzt. Man läßt das Gemisch in einer verschlossenen Glasflasche für 48 Stunden im Trockenschrank bei einer Temperatur von 80°C stehen. Danach wird die Lösung in eine Glasschale gegossen und das Lösungsmittel t abgedampft. Danach wird der Film in der Glasschale abgelöst und folgendermassen nachbehandelt : 24 h bei Raumtemperatur in 10% wässriger NaOH-Lösung 24h bei 60°C in Wasser 2. Reaktion von Polysulfon-Lithiumsulfinat mit (3-Brompropyl) tripherzylphosphonium- bromid 10 g 5 Gew% ige PSU-Lithiumsulfinatlösung (1 Sulfinatgruppe pro Wiederholungseinheit) in Dimethylsulfoxid DMSO werden unter Rühren mit 18, 104 g einer 5 Gew% igen Lösung von (3-Brompropyl) triphenylphosphoniumbromid in DMSO versetzt. Man läßt das Gemisch in einer verschlossenen Glasflasche für 48 Stunden im Trockenschrank bei einer Temperatur von 80°C stehen. Danach wird die Lösung in eine Glasschale gegossen und das Lösungsmittel abgedampft. Danach wird der Film in der Glasschale abgelöst und folgendermassen nachbehandelt : 24 h bei Raumtemperatur in 10% wässriger NaOH-Lösung 24h bei 60°C in Wasser 3. Reaktion von Polysulfon-Lithiurrasulfinat mit 2-Chlormethylbenzimidazol 5 g 10 Gew% ige PSU-Lithiumsulfinatlösung (1 Sulfinatgruppe pro Wiederholungseinheit) in N-Methylpyrrolidinon werden unter Rühren mit 0,325 g 2-Chlormethylbenzimidazol in DMSO versetzt. Man läßt das Gemisch in einer verschlossenen Glasflasche für 48 Stunden im Trockenschrank bei einer Temperatur von 80°C stehen. Dabei entsteht eine klare Lösung.

Danach wird die Lösung in eine Glasschale gegossen und das Lösungsmittel abgedampft.

Danach wird der Film in der Glasschale abgelöst und folgendermassen nachbehandelt : 24 h bei Raumtemperatur in 10% wässriger NaOH-Lösung 24h bei 60°C in Wasser 4. Reaktion von Polysulfon-Lithiumsulfinat mit Cibacron (D Brilliantgelb C. 1. 18972 10 g 5 Gew% ige PSU-Lithiumsulfinatlösung (1 Sulfinatgruppe pro Wiederholungseinheit) in Dimethylsulfoxid DMSO werden unter Rühren mit 1,7 g mit Cibacron) Brilliantgelb C. I.

18972 versetzt. Man läßt das Gemisch in einer verschlossenen Glasflasche für 48 Stunden im . Trockenschrank bei einer Temperatur von 80°C stehen. Danach wird die Lösung in eine Glasschale gegossen und das Lösungsmittel abgedampft. Danach wird der. Film in der Glasschale abgelöst und folgendermassen nachbehandelt : 24 h bei 90°C in 7% wässriger Cl-Lösung 24h bei 60°C in Wasser 5. Reaktion von Polysulfon-Lithiumsulfinat mit Cibacron# Brilliantrot C. I. 18105 10 g 5 Gew% ige PSU-Lithiumsulfinatlösung (1 Sulfinatgruppe pro Wiederholungseinheit) in Dimethylsulfoxid DMSO werden unter Rühren mit 3,88 g mit Cibacron# Brilliantrot C. I.

18105 versetzt. Man läßt das Gemisch in einer verschlossenen Glasflasche für 48 Stunden im Trockenschrank bei einer Temperatur von 80°C stehen. Danach wird die Lösung in eine Glasschale gegossen und das Lösungsmittel abgedampft. Danach wird der Film in der Glasschale abgelöst und folgendermassen nachbehandelt : 24 h bei 90°C in 7% wässriger Cl-Lösung 24h bei 60°C in Wasser 6. Kovalent vernetzte Anionenaustauschen7zembraiien mit quaternären Ammoniutnsalzen 11 g einer 15 Gew% igen PSU (SOaLi) 2-Lsg. (2 Sulfinatgruppen pro PSU- Wiederholungseinheit) in N-Methylpyrrolidinon (NMP) werden unter Rühren mit 0,51 g (3- Brompropyl) trimethyl-ammoniumbromid versetzt und bis zur Auflösung des Salzes unter leichtem Erwärmen gerührt. Danach gibt man zur Lösung 0,38 ml 1,4-Diiodbutan (Vernetzer) und noch 5 g NMP. Man rakelt das Reaktionsgemisch auf einer Glasplatte aus und dampft das Lösungsmittel im Vakuumtrockenschrank bei 140-150°C und zuerst 700 mbar, dann <10 mbar Druck ab. Während der Membranbildung finden die Alkylierungsreaktionen statt. Danach löst man die Membran unter Wasser ab und führt eine Nachbehandlung wie folgt durch : 48 h bei Raumtemperatur-90°C in 1N NaOH 48 h bei Raumtemperatur-60°C in Wasser 7. Kovalent vernetzte Anionenaustauschennembranen mit quaternären Pl2osphoniurnsalzen 9,94 g einer 15 Gew% igen PSU (S02Li) 2-Lsg. (2 Sulfinatgruppen pro PSU- Wiederholungseinheit) in N-Methylpyrrolidinon (NMP) werden unter Rühren mit 1,026 g (3- Brompropyl) triphenyl-phosphoniumbromid versetzt und bis zur Auflösung des niedermolekularen Salzes unter leichtem Erwärmen gerührt. Danach gibt man zur Lösung 0, 34 ml 1,4-Diiodbutan (Vernetzer) und. ochmal. 5 g NMP. Man rakelt das Reaktionsgemisch auf einer Glasplatte aus und dampft das Lösungsmittel im Vakuumtrockenschrank bei 140- 150°C und zuerst 700 mbar, dann <10 mbar Druck ab. Während der Membranbildung finden die Alkylierungsreaktionen statt. Danach löst man die Membran unter Wasser ab und führt eine Nachbehandlung wie folgt durch : 48 h bei Raumtemperatur-90°C in 1N NaOH 48 h bei Raumtemperatur-60°C in Wasser 8. Kovalent vernetzte Kationenaustauschermembran aus PSU-Sulfinat und (2- Bromethyl) sulfonsäure Na-Salz 6,67 g einer 15 Gew% igen PSU (S02Li) 2-Lsg. (2 Sulfinatgruppen pro PSU- Wiederholungseinheit) in N-Methylpyrrolidinon (NMP) werden unter Rühren mit 0,38 g (2- Bromethyl) sulfonsäure Na-Salz versetzt und bis zur Auflösung des niedermolekularen Salzes unter leichtem Erwärmen gerührt. Danach gibt man zur Lösung 0,05 ml 1,4-Diiodbutan (Vernetzer) und noch 8 g NMP. Man rakelt das Reaktionsgemisch auf einer Glasplatte aus und dampft das Lösungsmittel im Vakuumtrockenschrank bei 140-150°C und zuerst 700 mbar, dann <10 mbar Druck ab. Während der Membranbildung finden die Alkylierungsreaktionen statt. Danach löst man die Membran unter Wasser ab und führt eine Nachbehandlung wie folgt durch : 48 h bei Raumtemperatur-90°C in 10% HCl 48 h bei Raumtemperatur-60°C in Wasser 9. Kovalent vernetzte Katioenaustauschennenzbran aus PSU-Sulfinat und (2- Chloretlzan) sulfonsäurechlorid 6,67 g einer 15 Gew% igen PSU (S02Li) 2-Lsg. (2 Sulfinatgruppen pro PSU- Wiederholungseinheit) in N-Methylpyrrolidinon (NMP) werden unter Rühren mit 0,545 g (2- Chlorethan) sulfonsäurechlorid versetzt und bis zur Auflösung des niedermolekularen Sulfochlorids unter leichtem Erwärmen gerührt. Danach gibt man zur Lösung 0,05 ml 1,4- Diiodbutan (Vernetzer) und noch 8 g NMP. Man rakelt das Reaktionsgemisch auf einer Glasplatte aus und dampft das Lösungsmittel im Vakuumtrockenschrank bei 140-150°C und zuerst 700 mbar, dann <10 mbar Druck ab. Während der Membranbildung finden die Alkylierungsreaktionen statt. Danach löst man die Membran unter Wasser ab und führt eine Nachbehandlung wie folgt durch, bei der das Sulfochlorid zur Sulfonsäure hydrolysiert wird : 48 h bei Raumtemperatur-90°C in 10% HCl 48 h bei Raumtemperatur-60°C in Wasser 10. Kovalent vernetzte Kationenaustauschermeinbran aus PSU-Su (iiiat und (2- Bromethan) phosphonsäurediethylester 6,67 g einer 15 Gew% igen PSU (SO2Li) 2-Lsg. (2 Sulfinatgruppen pro PSU- Wiederholungseinheit) in N-Methylpyrrolidinon (NMP) werden unter Rühren mit 0,819 g (2- Bromethan) phosphonsäurediethylester versetzt und bis zur Auflösung des niedermolekularen Esters unter leichtem Erwärmen gerührt. Danach gibt man zur Lösung 0,05 ml 1,4-Diiodbutan (Vernetzer). Man rakelt das Reaktionsgemisch auf einer Glasplatte aus und dampft das Lösungsmittel im Vakuumtrockenschrank bei 140-150°C und zuerst 700 mbar, dann <10 mbar Druck ab. Während der Membranbildung finden die Alkylierungsreaktionen statt.

Danach löst man die Membran unter Wasser ab und führt eine Nachbehandlung wie folgt durch, bei der der Phosphonsäureester zur Phosphonsäure hydrolysiert wird : 48 h bei Raumtemperatur-90°C in 10% NaOH 48 h bei Raumtemperatur-90°C in 1N HC1 48 h bei Raumtemperatur-60°C in Wasser 11. Ionomennembran mit 4-Fluorbenzolsulfochlorid und Calciumtriflat Man löst 3 g RadelR (SO2Li) 2 in 17 g NMP. Danach fügt man zur Lösung zuerst 1, 184 g Calciumtrifluormethansulfonat (Calciumtriflat) hinzu, dann 3,32 g 4- Fluorbenzolsulfonsäurechlorid. Man rührt solange, bis eine klare Lösung entstanden ist. Das Einsetzen der nucleophilen aromatischen Substitutions-Reaktion erkennt man an einer zunehmenden Viskosität der Polymerlösung. Man rakelt die Lösung auf einer Glasplatte aus und dampft das Lösungsmittel bei Temperaturen von 130-140°C und 700 bis 1 mbar ab.

Danach wird die Membran unter Wasser abgelöst und folgendermaßen nachbehandelt : 24 h bei RT-90°C in 10% CaCl2 24 h bei RT-90°C in 10% NaOH 48 h bei RT-90°C in 1N HC1 48 h bei RT-90°C in Wasser 12. Ionomerblendmembran mit Pentafluorbenzolsulfonsäurechlorid (Membran 1296) Man löst folgende Polymere zu einer 15 Gew% igen Lösung in NMP : 2,258 g PSU (S02Li) 2 0, 828 g Radel R (S02Li) 1 1, 805 g sPEKCl (IEC=3, 49 meq SOgH/g nach Hydrolyse) 1,335 g sPEEKCl (IEC=1, 8 meq S03H/g-nach Hydrolyse) Danach gibt man zur Polymerlösung 1,843 g Pentafluorosulfonsäurechlorid. Man rührt bis zur Homogenisierung. Danach wird zur Lösung noch 0,75 g Bis (4-fluorphenyl) sulfon hinzugefügt und darin aufgelöst. Man rakelt die Lösung auf einer Glasplatte aus und dampft das Lösungsmittel bei Temperaturen von 130-140°C und 700 bis 1 mbar ab. Danach wird die Membran unter Wasser abgelöst und folgendermaßen nachbehandelt : 24 h bei RT-90°C in 10% CaCl2 24 h bei RT-90°C in 10% NaOH 48 h bei RT-90°C in 1N HC1 48 h bei RT-90°C in Wasser Dabei können auch Nachbehandlungsschritte ausgelassen werden, oder die Reihenfolge der Nachbehandlungsschritte kann verändert werden.

Anstatt Pentafluorobenzolsulfonsäurechorid können auch andere fluorierte Fluorbenzolsulfonsäurechloride oder Fluorbenzoylchloride in äquimolaren Mengen oder im Überschuss für die Reaktion eingesetzt werden, wie Difluorbenzolsulfonsäurechlorids, Trifluorbenzolsulfonsäurechloride und Tetrafluorbenzolsulfonsäurechloride. Auch die zusätzliche Hinzufügung anderer Vernetzer ist möglich, wie Bis (3-nitro-4- fluorophenyl) sulfon, Bis (4-fluorophenyl) phenylphosphinoxid oder entsprechender Vernetzer mit zusätzlichen Sulfohalogenidgruppen (Bis (3-chlorsulfo-4-fluorphenyl) sulfon. Auch die Zugabe von Dihalogenalkanen oder Benzylhalogeniden ist möglich.

Charakterisierungsergebnisse : IEC (meq SO3H/g) : 1,52 RspH+, 0, 5N HCl (Q8cm) : 13,33 SW 25°C (%) : 108,6 SW 90°C (%) : 190 13. Ionomermembranen mit verschiedenen fluorierten Benzolsulfonsäureclzoriden Man löst ein polymeres Sulfinat (siehe Tabelle 1) in NMP. Dazu gibt man ein Fluorbenzolsulfonsäurechlorid oder ein Fluorbenzoylchlorid (siehe Tabelle 1). Man rührt bis zur Homogenisierung. Man rakelt die Lösung auf einer Glasplatte aus und dampft das Lösungsmittel bei Temperaturen von 130-140°C und 700 bis 1 mbar ab. Danach wird die Membran unter Wasser abgelöst und folgendermaßen nachbehandelt : 24 h bei RT-90°C in 10% CaCl2 24 h bei RT-90°C in 10% NaOH- 48 h bei RT-90°C in 1N HCl 48 h bei RT-90°C in Wasser Dabei können auch Nachbehandlungsschritte ausgelassen werden, oder die Reihenfolge der Nachbehandlungsschritte kann verändert werden.

Tabelle 1 : Daten für Beispiel 13 Art polymeres Sulfinat Anzahl SO2Li Menge Art Säurechlorid Menge pro WEa Sulfinat Säurechlorid fol dgl PSUb-Sulfinat 1,3 3 4-Fluorbenzolsulfochlorid 2,85 ; ; 1, 3 2, 6-Difluorbenzolsulfochlorid 3, 06 "1, 3 3 2, 3, 4-Trifluorbenzolsulfochlorid 3, 32 "1, 3 3 2, 3,4, 5-Tetrafluorbenzolsulfochlorid 3, 58 " 1, 3 3 Pentafluorbenzolsulfochlorid 3, 84 Radel RC-Sulfmat Pentafluorbenzolsulfochlorid 3, 12 aWiederholungseinheit Polysulfon Udel (Hersteller BP Amoco) cPolyphenylsulfon Radel R (Hersteller BP Amoco) PEEK (SO2Li) o, 5 (S03Li) o, 5 0, 5 3 Pentafluorbenzolsulfochlorid 2, 24 PSU-Sulfinat 2 3 Pentafluorbenzoylchlorid 4, 7 14. Ionomermembranen mit fluoriertem Pentafluorbenzolsulfonsäurechorid und zusätzlichem Vernetzer Man löst 3 g eines polymeres Sulfinats (siehe Tabelle 2) in NMP. Dazu gibt man 1,95 g Pentafluorbenzolsulfonsäurechlorid (siehe Tabelle 2). Danach gibt man noch einen aromatischen Vernetzer dazu. Man rührt bis zur Homogenisierung. Man rakelt die Lösung auf einer Glasplatte aus und dampft das Lösungsmittel bei Temperaturen von 130-140°C und 700 bis 1 mbar ab. Danach wird die Membran unter Wasser abgelöst und folgendermaßen nachbehandelt : 24 h bei RT-90°C in 10% CaCl2 24 h bei RT-90°C in 10% NaOH 48 h bei RT-90°C in 1N HCl 48 h bei RT-90°C in Wasser Dabei können auch Nachbehandlungsschritte ausgelassen werden, oder die Reihenfolge der Nachbehandlungsschritte kann verändert werden.

Tabelle 2 : Daten für Beispiel 14 Art polymeres Sulfinat Anzahl SO2Li Art Vernetzer Menge pro WEa Vernetzer [g] PSU"-Sulfinat 1, 3 Bis (3-nitro-4-fluorphenyl) sulfon 0, 935 1, 3 Bis (3-sulfochloro-4-fluorphenyl) sulfon 1, 22 "1, 3 Bis (4-fluorphenyl) phenylphosphinoxid 0,85 1, 3 Bis (4-fluorphenyl) sulfon 0, 69 Es wurde überraschend festgestellt, dass die zusätzliche Addition eines Calciumsalzes zur Reaktionsmischung in äquimolaren Mengen, bezogen auf Sulfinatgruppen, die Reaktion weiter beschleunigt, vermutlich durch Entfernung der bei der nucleophilen Substitutionsreaktion entstehenden Fluoridionen aus dem Reaktionsgleichgewicht durch Ausfällung als Calciumfluorid. Falls Calciumfluorid gebildet wird, dürfte dieses in der d Poly (etheretherketon) (Hersteller Victrex) a Wiederholungseinheit b Polysulfon Udel (Hersteller BP Amoco) Membranmatrix verbleiben, was eine Verbesserung der thermischen Beständigkeit und mechanischen Stabilität der Membranen zur Folge hat. Ein Calciumsalz, das bei den Reaktionen in den Beispielen 13 und 14 einsetzbar ist, ist Calciumtrifluorsulfonat (Calciumtriflat), da dieses Salz in NMP und anderen dipolar-aprotischen Lösungsmitteln löslich ist.

15. Ionomermembran mit Pentafluorbenzolsulfonsäurechorid (Membran 1289) Man löst 3g PSU (S02Li) 2 in NMP. Dazu gibt man 2,5 g Pentafluorbenzolsulfonsäurechlorid.

Man rührt bis zur Homogenisierung. Man rakelt die Lösung auf einer Glasplatte aus und dampft das Lösungsmittel bei Temperaturen von 130-140°C und 700 bis 1 mbar ab. Danach wird die Membran unter Wasser abgelöst und folgendermaßen nachbehandelt : 24 h bei RT-90°C in 10% CaCl2 48 h bei RT-90°C in 1N HC1 48 h bei RT-90°C in Wasser Charäkterisierungscrgebnisse : IEC (meq S03H/g) : 0, 89 RSPH+, 0, 5N HC1 (Q*crn : 38, 05 SW 25°C (%) : 24,6 SW 90°C (%) : 32,6 16. Ionomermembran mit 2, 6-Difluorbenzolsulfonsäurechlorid (Membran 1297) Man löst 3g PSU (SO2Li) 1, 3 in NMP. Dazu gibt man 3,06 g 2,6- Difluorbenzolsulfonsäurechlorid. Man rührt bis zur Homogenisierung. Man rakelt die Lösung auf einer Glasplatte aus und dampft das Lösungsmittel bei Temperaturen von 130-140°C und 700 bis 1 mbar ab. Danach wird die Membran unter Wasser abgelöst und folgendermaßen nachbehandelt : 24 h bei RT-90°C in 10% CaCl2 48 h bei RT-90°C in IN HCl 48 h bei RT-90°C in Wasser Charakterisierungsergebnisse : IEC (meq SO3H/g) : 0,29 RspH+, 0,5N HCl (#*cm) : 67,8 SW 25°C (%) : 13,8 SW 90°C (%) : 25,5 17. Ionomermembran mit 2,3, 4-Trifluorbenzolsulfonsäurechlorid (Me7nbran 1298) Man löst 3g PSU (S02Li) 1, 3 in NMP. Dazu gibt man 3,32 g 2,3, 4- Trifluorbenzolsulfonsäurechlorid. Man rührt bis zur Homogenisierung. Man rakelt die Lösung auf einer Glasplatte aus und dampft das Lösungsmittel bei Temperaturen von 130-140°C und 700 bis 1 mbar ab. Danach wird die Membran unter Wasser abgelöst und folgendermaßen nachbehandelt : 24 h bei RT-90°C in 10% CaCl2 48 h bei RT-90°C in 1N HC1 48 h bei RT-90°C in Wasser Charakterisierungsergebnisse : IEC (meq S03H/g) : 0, 10 RspH+, 0,5N HCl (#*cm): 21, 8 SW25°C (%) : 14, 8 SW 90°C (%) : 45,6 18. Ionomernembran mit Pentafluorbenzolsulfonsäurechlorid (Membran 1299) Man löst 3g PSU (S02Li) 1, 3 in NMP. Dazu gibt man 1,92 g Pentafluorbenzolsulfonsäurechlorid. Man rührt bis zur Homogenisierung. Man rakelt die Lösung auf einer Glasplatte aus und dampft das Lösungsmittel bei Temperaturen von 130- 140°C und 700 bis 1 mbar ab. Danach wird die Membran unter Wasser abgelöst und folgendermaßen nachbehandelt : 24 h bei RT-90°C in 10% CaCl2 48 h bei RT-90°C in 1N HCl 48 h bei RT-90°C in Wasser Charakterisierungsergebnisse : IEC (meq SOsH/g) : 0,99 RspH+, 0,5N HCl (#*cm) : 26,1 SW 25°C (%) : 14,8 SW 90°C (%) : 44 19. Ionomermembran mit Pentafluorbenzolsulfonsäurechlorid (Membran 1300) Man löst 3g PSU (SO2Li) 1, 3 in NMP. Dazu gibt man 1,92 g Pentafluorbenzolsulfonsäurechlorid und danach 1,184 g Calciumtrifluorsulfonat. Man rührt bis zur Homogenisierung. Man rakelt die Lösung auf einer Glasplatte aus und dampft das Lösungsmittel bei Temperaturen von 130-140°C und 700 bis 1 mbar ab. Danach wird die Membran unter Wasser abgelöst und folgendermaßen nachbehandelt : 24 h bei RT-90°C in 10%CaCl2 48 h bei RT-90°C in 1N HCl 48 h bei RT-90°C in Wasser Charakterisierungsergebnisse : JEC (meqS03H/g) : 1.01 R, p, 0, 5N HC1 (*cm) : 12,2 SW 25°C (%): 27 SW 90°C (%): 69, 6 20. Ionomermembran mit Pentafluorbenzolsulfonsäurechlorid (Membran 1301) Man löst 3g PSU (S02Li) 1, 3 in NMP. Dazu gibt man 3,84 g Pentafluorbenzolsulfonsäurechlorid. Man rührt bis zur Homogenisierung. Man rakelt die Lösung auf einer Glasplatte aus und dampft das Lösungsmittel bei Temperaturen von 130- 140°C und 700 bis 1 mbar ab. Danach wird die Membran unter Wasser abgelöst und folgendermaßen nachbehandelt : 24 h bei RT-90°C in 10% CaCl2 48 h bei RT-90°C in 1N HCl 48 h bei RT-90°C in Wasser Charakterisierungsergebnisse : IEC (meq SO3H/g) : 1.25 RSpH+, 0, 5N HCl (*cm) : 8,3 Su 25'C 41,4 SW 90°C (%) : 136 21. Ionomermembran mit Pentafluorbenzolsulfons{urechlorid (Membran 1302) Man löst 2,693 g PSU (SO2Li) 1, 3 in NMP. Dazu gibt man 3,45 g Pentafluorbenzolsulfonsäurechlorid, und danach noch 0,5 g Bis (3-nitro-4-fluorphenyl) sulfon.

Man rührt bis zur Homogenisierung. Man rakelt die Lösung auf einer Glasplatte aus und dampft das Lösungsmittel bei Temperaturen von 130-140°C und 700 bis 1 mbar ab. Danach wird die Membran unter Wasser abgelöst und folgendermaßen nachbehandelt : 24 h bei RT-90°C in 10%CaCl2 48 h bei RT-90°C in IN Hcl 48 h bei RT-90°C in Wasser Charakterisierungsergebnisse : IEC (meq S03H/g) : 1.16 RspH+, 0,5N HCl (#*cm) : 7,5 SW 25°C (%) : 30,8 SW 90°C (%): 207,8 22. Ionomermembran mit pentafluorbenzolsulfonsäurechlorid (Membran 1307) Man löst 2, 822 g Radel. R(SO2Li)1 in NMP. Dazu gibt.'.. man. 1, 79 g' Pentafluorbenzolsulfonsäurechlorid. Man rührt bis zur Homogenisierung. Man räkelt die Lösung auf einer Glasplatte aus und dampft das Lösungsmittel bei Temperaturen von 130- 140°C und 700 bis 1 mbar ab. Danach wird die Membran unter Wasser abgelöst und folgendermaßen nachbehandelt : 24 h bei RT-90°C in 10% CaCl2 48 h bei RT-90°C in IN HCl 48 h bei RT-90°C in Wasser Charakterisierungsergebnisse : IEC (meq SO3H/g) : Rsp, 0, 5N HCl (Q*cm) : 36,8 SW 25°C (%) : SW 90°C (%) : 23. Ionomermembran mit Pentafluorbenzolsulfonsäurechlorid (Membran 1309) Man löst 3 g RadelR (S02Li) 2 in NMP. Dazu gibt man 2 ml Pentafluorbenzolsulfonsäurechlorid. Man rührt bis zur Homogenisierung. Man rakelt die Lösung auf einer Glasplatte aus und dampft das Lösungsmittel bei Temperaturen von 130- 140°C und 700 bis 1 mbar ab. Danach wird die Membran unter Wasser abgelöst und folgendermaßen nachbehandelt : 24 h bei RT-90°C in 10% CaCl2 48 h bei RT-90°C in 1N HC1 48 h bei RT-90°C in Wasser Charakterisierungsergebnisse : IEC (meq SO3H/g) : RspH+, 0,5N HCl (#*cm) : SW 25°C (%) : SW 90°C (%) : 24. Ionomermembran mit Pentafluorbenzolsulfonsäurechlorid (Membran 1310) Man löst 3 g PEEK (S02Li) o, 5 (S03Li) o, 5 in NMP. Dazu gibt man 0,5 ml Pentafluorbenzolsulfonsäurechlorid. Man rührt bis zur Homogenisierung. Man rakett die Lösung auf einer Glasplatte aus und dampft das Lösungsmittel bei Temperaturen von 130- 140°C und 700 bis 1 mbar ab. Danach wird die Membran unter Wasser abgelöst und folgenderma#en nachbehandelt: 24 h bei RT-90°C in 10% CaCl2 48 h bei RT-90°C in 1N HCl 48 h bei RT-90°C in Wasser Charakterisierungsergebnisse : IEC (meq SO3H/g) : RspH+, 0, 5N HCl (Q*cm) : SW 25°C (%) : SW 90°C (%) : 25. Ionomennembran mit Pentafluorbenzolsulfonsäurechlorid (Membran 1312) Man löst 4 g RadelR (SO2Li) 2 in NMP. Dazu gibt man 2,2 ml Pentafluorbenzolsulfonsäurechlorid, danach 1,337 g Decafluorbenzophenon. Man rührt bis zur Homogenisierung. Man rakelt die Lösung auf einer Glasplatte aus und dampft das Lösungsmittel bei Temperaturen von 130-140°C und 700 bis 1 mbar ab. Danach wird die Membran unter Wasser abgelöst und folgendermaßen nachbehandelt : 24 h bei RT-90°C in 10% CaCl2 48 h bei RT-90°C in IN HCl 48 h bei RT-90°C in Wasser Charakterisierungsergebnisse : IEC (meq S03H/g) : RspH+, 0,5N HCl (#*cm) : SW 25°C (%) : SW 90°C (%) : 26. Ionomermembran fnit Decafluorbenzophenon (Membran 1313) Man löst 4,486 g PEEK (SO2Li) 0, 5 (SO3Li) 0, 5 in NMP. Dazu gibt man 0,235 g Decafluorbenzophenon. Man rührt bis zur Homogenisierung. Man rakelt die Lösung auf einer Glasplatte aus und dampft das Lösungsmittel bei Temperaturen von 130-140°C und 700 bis 1 mbar ab. Danach wird die Membran unter Wasser abgelöst und folgendermaßen nachbehandelt : 24 h bei RT-90°C in 10% CaCl2 48 h bei RT-90°C in IN HCl 48 h bei RT-90°C in Wasser Charakterisierungsergebnisse : IEC (meq SO3H/g) : RspH+, 0,5N HCl (#*cm) : SW 25°C (%) : SW 90°C (%) : 6 6 6 (lE) OR-SO2-RORR CH3 (1F) - O--Rs S02 R6 O_Rs C-R6 1 CH3 - 0-R6 S02-R6 R6 S0-R6 OR6-SO2-R6 R~SOz-ROlgSOz-R (1H) J L mit 0 <x, y < 100% bezogen auf die Anzahl aller wiederkehrenden Einheiten OR6-Co-R6 (1J) 6 G 6 (1K) OR-CO-RCO-R - O-R6-CO-R6 O-R6 CO-R6-CO-R6 (1L) R6-R6-6 (1M) O O-CO-R - O-R6 O-R6 CO-R6-CO-R6 (1N) (1 O) R-N N y mit 0 < y < 100% R6- (1P) ---R6 CH=CH-ZQ) --CHR CH2 (1R) SIN u 137 w Dabei sind die Reste 3t6 unabhängig voneinander gleich oder verschieden 1,2- Phenylen, 1, 3-Phenylen, 1, 4-Phenylen, 4,4'-Biphenyl, ein zweiwertiger Rest eines Heteroaromaten, ein zweiwertiger Rest eines Gio-Aromaten, ein zweiwertiger Rest eines C14-Aromaten undloder ein zweiwertiger Pyren-Rest. Ein Beispiel für einen Cic-Aromaten ist Naphthalin, für einen Ct4-Aromaten Phenanthren. Das Substitutionsmuster des Aromaten und/oder Heteroaromaten ist beliebig, im Falle von Phenylen beispielsweise kann R6 ortho-, meta-und para-Phenylen sein.

Die Reste R7, R8 und R9 bezeichnen ein-, vier-bzw. dreibindige aromatische oder heteroaromatische Gruppen und die Reste U, die innerhalb einer Wiederholungseinheit gleich sind, stehen für ein Sauerstoffatom, ein Schwefelatom oder eine Aminogruppe, die ein Wasserstoffatom, eine 1-20 Kohlenstoffatome aufweisende Gruppe, vorzugsweise eine verzweigte oder nicht verzweigte Alkyl- oder Alkoxygruppe, oder eine Arylgruppe als weiteren Rest trägt.

Zu den im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugten Polymeren mit wiederkehrenden Einheiten der allgemeinen Formel (1) gehören Homo-und Copolymere, beispielsweise statistische C opolymere, wie sVictrex 720 P und'2Astrel an. Ganz besonders bevorzugte Polymere sind Polyarylether, Polyarylthioether, Polysulfone, Polyetherketone, Polypyrrole, Polytbiophene, Polyazole, Polyphenylene, Polyphenylensinylene, Polyaniline, Polyasulene, Polycarbazole, Polypyrene, Polyindophenine und Polyvinylpyridine, insbesondere : Polyaiylether : Polyphenylenoxid Polyarylthioether : Polyphenylensulfid Polysulfone : sVictrex 200 P - t Victrex720P mit n > o Radel // n @Victrex 720 P (li_I) --o o so2 0 0 i mit n > o @Radel -0-4 11 wastrel U SO2 0 0 (lE-1) @Radel R so 0 Co-0 (IH-1) /U 1 Asirel / 1 (1I-2) strel n mit n < o °Udel CH3 (lF-1) s02- Polyetherketone : Polypyrrole : Polythiophene : Polyazole : Polybenzimidazol Polyphenylene : Polyphenylenvinylen : Polyanilin : Polyazulen : Polycarbazol : Polypyren : Polyindophenine : Polyvinylpyridin : Erimdungsgemäß ganz besonders bevorzugt werden Polymere mit wiederkehrenden Einheiten der allgemeinen Formel (1A-1), (1B-1), (IC-1), (11-1), (1G-1), (1E-1), (1H-1), (1I-1), (1F-1), (1J-1), (1K-1), (1L-1), (1M-1) und/oder (IN-1).

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet n die Anzahl der wiederkehrenden Einheiten entlang einer Makromolekulkette des Polymers. Diese Anzahl der wiederkehrende Einheiten der allgemeinen Formel (1) entlang einer Makromolekülkette des vernetzten Polymers ist vorzugsweise eine ganze Zahl größer gleich 10, insbesondere größer gleich 100. Vorzugsweise ist die Anzahl der wiederkehrende Einheiten der allgemeinen Formel (1A), (1B), (1C), (1D), (1E), (1F), (1G), (1H), (1I), (1J), (1K), (1L), (1M), (1N), (1O), (1P), (1Q), (1R), (1S) und/oder (1T) entlang einer Makromolekülkette des vernetzten Polymers eine ganze Zahl größer gleich 10, insbesondere größer gleich 100.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Zahlenmittel des Molekulargewichts der Makromolekülkette größer als 25.000 g/mol, zweckmäßigerweise größer 50.000 g/mol, insbesondere größer 100.000 g/mol.

Stand der Technik Aus der Literatur ist bekannt, dass sich niedermolekulare Sulfinate S-oder 0-alkylieren lassenl. So wurde die Alkylierung von Sulfinaten mit Methyljodid unter Bildung eines Methylsulfons beschrieben. Es ist bekannt, dass sich Sulfinatgruppen enthaltende Polymere mittels Di-oder Oligohalogenalkanen durch Sulfinat-S-Alkylierung kovalent vernetzen lassen223. Es ist auch bekannt, dass Sulfinatgruppen via nucleophile aromatische Substitution alkyliert werden können4. Weiter ist bekannt, dass Sulfinationen zur Michael-Typ-Addition an Olefine, die elektronenziehende Gruppen aufweisen, befähigt sind5.

Die Einführung erfindungsgemäßer funktioneller Gruppen (insbesondere Anionenaustauschergruppen, Kationenaustauschergruppen sowie deren nichtionische Vorstufen ohne Vernetzungsreaktionen) in polymere Sulfinate via Sulfinatalkylierung mit Halogenverbindungen oder mit Sultonen oder anderen mit Sulfinatgruppen reagierenden elektrophilen Gruppierungen, beispielsweise Olefinen mit elektronenziehenden Gruppen, mittels erfindungsgemäßer Verfahren ist bisher unseres Wissens nicht in der Literatur vorbeschrieben.

1 T. Okuyama, Sulfinate ions as nucleophiles, in"The Chemistry of Sulphinic Acids, Esters and their Derivatives (Ed. S. Patai), John Wiley and Sons, 1990, S. 639-664 2 J. Kerres, W. Zhang, W. Cui, J. Polym. Sci. : Part A : Polym. Chem. 36,1441-1448 (1998) 3 Jochen Kerres, Wei Cui, Martin Junginger, J. Memb. Sci. 139,227-241 (1998) 4 A. Ulman, E. Urankar, J. Org. Chem. 54,4691-4692 (1989) 5 S. Oae, N. Kunieda, in Organic Chemistry of Sulfur (Ed. S. Oae), Plenum, New York, 1977, S. 625-637 Zitierte Nichtpatentliteratur : T. Okuyama, Sulfinate ions as nucleophiles, in"The Chemistry of Sulphinic Acids, Esters and their Derivatives (Ed. S. Patai), John Wiley and Sons, 1990, S. 639-664 2 J. Kerres, W. Zhang, W. Cui, J. Polym. Sci. : Part A : Polym. Chem. 36,1441-1448 (1998) Jochen Kerres, Wei Cui, Martin Junginger, J. Memb. Sci. 139,227-241 (1998) 4 A. Ulman, E. Urankar, J. Org. Chem. 54,4691-4692 (1989) 5 S. Oae, N. Kunieda, in Organic Chemistry of Sulfur (Ed. S. Oae), Plenum, New York, 1977, S. 625-637 6 Kerres et al., J. Polym. Sci., Part A : Polym. Chem., 39,2874-2888 (2001)