Influence of pre-irradiation atmosphere on the properties of polymer electrolyte membranes prepared using radiation grafting method

放射線グラフト重合を利用した高分子電解質膜の作製に及ぼす前照射雰囲気の影響

Septiani, U.*; Chen, J.; 浅野 雅春; 前川 康成; 吉田 勝; 久保田 仁*

Septiani, U.*; Chen, J.; Asano, Masaharu; Maekawa, Yasunari; Yoshida, Masaru; Kubota, Hitoshi*

電解質膜の開発において、耐久性の向上は重要な課題になっている。本論文では、ETFE膜にスチレンモノマーを放射線グラフトした後、スルホン化して得た高分子電解質膜の耐久性に及ぼす照射雰囲気の影響について検討した結果をまとめた。10kGy照射したETFE膜(50m)にアルゴンガスをバブリングしたスチレンモノマー(40vol%)とトルエン(60vol%)の混合溶液を充填して50Cでグラフト重合を行った。この前照射の場合、アルゴン雰囲気中及び酸素雰囲気中で行った。前照射・後グラフト重合法によるETFE膜へのスチレンをグラフト重合後、スルホン化して得た電解質膜の耐酸化性を検討した。耐酸化性試験には、1.0mmol/gのイオン交換容量を持つ電解質膜を用いた。耐酸化性は60C、3%過酸化水素水溶液中に電解質膜を浸漬した後の重量変化から評価した。その結果、アルゴン雰囲気下で照射して得た電解質膜の耐久性は、酸素雰囲気下で照射して得た電解質膜に比べて、2倍高いことがわかった。酸素雰囲気下で照射して得た電解質膜の耐久性が低い理由として、主鎖とグラフト鎖の間にあるエーテル結合に起因していると推察した。

The influence of pre-irradiation atmosphere, argon and air, on radiation grafting of styrene into poly(ethylene-co-tetrafluoroethylene) (ETFE) films and the properties of the ETFE-based radiation-grafted polymer electrolyte membranes were investigated. The preparation and properties of the membranes were found to be strongly influenced by the -ray pre-irradiation atmosphere. The proton conductivity was measured in its water-saturated state at 25C, and the membrane durability was tested in a 3 % HO aqueous solution at 60C. The proton conductivity of the membrane prepared by pre-irradiation under air was higher than that of the membrane prepared under argon with the same ion exchange capacity level. However, the durability of the former was considerably lower than that of the latter. For instance, the membrane with an ion exchange capacity of about 1.0 mmolg-1 prepared under argon was twice as durable as that prepared under air. It was considered that the lower durability of the membrane prepared by pre-irradiation under air was because of the unstable ether bond introduced between the graft chains and the backbone chains. : polymer electrolyte membrane (PEM); radiation grafting; styrene; durability; ETFE