Durability of irradiated polymers in solid-polymer-electrolyte water electrolyzer

固体高分子電解槽に使用する高分子材料の照射耐久性の実証

岩井 保則; 山西 敏彦; 西 正孝; 八木 敏明; 玉田 正男

Iwai, Yasunori; Yamanishi, Toshihiko; Nishi, Masataka; Yagi, Toshiaki; Tamada, Masao

放射性排水の電解処理における高分子材料の耐久性評価を目的に固体高分子電解槽に使用する高分子材料の放射線耐久性を500kGy前後の線照射量において評価した。500kGy前後の線照射量では電解膜の強度及びイオン交換能,シール材の強度については問題となるまでの低下が起こらないことを明らかとした。絶縁材として従来使用されている四フッ化樹脂系についてはポリイミド系材料に代替させることで電解槽全体の放射性耐久性の問題を解決できる見通しを得た。電解膜の破壊メカニズムについては線の直接的破壊効果と線により生成するラジカルによる間接的破壊効果の複合が考えられたが、間接的破壊効果は有意な影響を与えていないことを明らかとした。また劣化に酸素が大きく影響することを明らかとした。容易に測定できる溶出フッ素量は主鎖の劣化を示す強度及び側鎖の劣化を示すイオン交換能とそれぞれ確かな再現性がある相関関係を有することを明らかとした。よって、このことを利用して溶出フッ素量から電解膜の劣化を判定することが可能であることを見いだした。

Radioactive durability of organic polymers in solid-polymer-electrolyte water electrolyzer was investigated by -ray irradiation. Serious deteriorations for tensile strength and ion exchange capacity of ion exchange membrane (Nafion) were not observed up to 850 kGy. No serious damage was also observed for the gasket materials (Aflas) up to 500 kGy. PFA and FEP, insulator materials, lost their tensile strength at 300 kGy or less. As the result, it is concluded that the electrolyzer could be used up to around 500 kGy in the case where PFA and FEP are replaced by the polyimide resin whose durability is well demonstrated. Two degrading mechanisms were supposed. One is direct degradation by energy of radial rays. The other is that by the attack of radicals. It was demonstrated that the effect of radicals on the membrane was not dominant. The quantity of dissolved fluorine in water was found to correlate with the tensile strength and ion exchange capacity. Hence, it is possible to evaluate the degradation of the membrane by monitoring the quantity of dissolved fluorine.