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Preparation of highly stable ion exchange membranes by radiation-induced graft copolymerization of styrene and Bis(vinyl phenyl)ethane into crosslinked polytetrafluoroethylene films

架橋フッ素樹脂膜へのスチレン/ビス(ビニルフェニル)エタンのグラフト重合と高耐久性イオン交換膜の作製

八巻 徹也; 塚田 淳一; 浅野 雅春; 片貝 良一*; 吉田 勝

Yamaki, Tetsuya; Tsukada, Junichi; Asano, Masaharu; Katakai, Ryoichi*; Yoshida, Masaru

橋架け構造を付与したポリテトラフルオロエチレン膜に放射線グラフト法によってポリスチレン側鎖を導入した後、スルホン化することでイオン交換膜が作製できる。この作製法では、グラフト反応時に多官能性モノマーを加えることで側鎖にも橋架け構造を導入し膜の耐久性を高めることが可能である。そこで本研究では、新規な橋架け剤としてビス(ビニルフェニル)エタン(BVPE)を独自に分子設計・化学合成し、これをスチレンと放射線グラフト共重合することにより、PTFE骨格だけでなくグラフト鎖にも橋架け構造を有する「二重橋架け」イオン交換膜を作製した。BVPEによる高密度な橋架け構造は耐久性を従来の10倍以上に向上させることが可能であることが確認された。

PEFC applications will require that the ion exchange membranes have a high ion exchange capacity and reasonable chemical stability. We prepared novel ion exchange membranes by the radiation-induced graft copolymerization of styrene and bis(vinyl phenyl)ethane (BVPE) into crosslinked polytetrafluoroethylene (cPTFE) films and subsequent sulfonation and then investigated their stability in an oxidizing environment and water uptake. In contrast to divinylbenzene (DVB), the degree of grafting of styrene/BVPE increased in spite of high crosslinker concentrations in the reacting solution (up to 70 mol%). Complete sulfonation of the crosslinked graft chains resulted in the preparation of the membranes with a large ion exchange capacity reaching 2.5 meq/g, which exceeded the performance of Nafion. The BVPE-crosslinked membranes exhibited higher durability in a 3% aqueous solution of H$$_{2}$$O$$_{2}$$ at 60 $$^{circ}$$C and decreased water uptake compared to the non-crosslinked one. These undoubtedly mean a profound effect of BVPE on PEFC performances of the membranes.

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