UVグラフト法によるフッ素系高分子電解質膜の作製

Synthesis and characterization of proton conducting membranes based on UV-grafted fluoropolymers

吉田 勝; Chen, J.; 浅野 雅春; 前川 康成; 山本 利徳*; 黒田 真一*; 久保田 仁*

Yoshida, Masaru; Chen, J.; Asano, Masaharu; Maekawa, Yasunari; Yamamoto, Toshinori*; Kuroda, Shinichi*; Kubota, Hitoshi*

ポリテトラフルオロエチレンに代表されるフッ素系高分子の場合、紫外線によってフッ素原子が引き抜かれ、グラフト重合の開始に必要な炭素ラジカルを形成するだけのエネルギーを持たないため、光グラフト重合は不可能とされていた。しかし、水と溶媒の混合系に疎水性のビニルモノマーを懸濁させ、得られたモノマー溶液中にフィルムを浸漬した状態で紫外線を照射したところ、光グラフト重合が起こることがわかった。グラフト鎖が膜表面から膜断面を貫通したかどうかを確かめるため、グラフト膜をスルホン化し、電解質膜とした。この電解質膜の膜厚方向のプロトン伝導度を測定したところ、低グラフト率にもかかわらずナフィオンを凌駕するプロトン伝導性能を発現したことから、効率的にグラフト鎖が膜を貫通したことが確認できた。この結果は、膜内に分布しているスルホン酸基中の硫黄元素のX線マイクロアナライザーによる観察からも示唆された。さらに、比較のため、部分フッ素系高分子であるエチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)やフッ化ビニリデン(PVDF)についても検討した。

The UV-induced photografting of styrene (St) on fluoropolymer films was investigated at 60C in a mixture of water and organic solvents with a photoinitiator xanthone. From the results of the combination of the aliphatic ketones (acetone as an example) and water, it was discovered that the photografting of St happens on polytetrafluoroethylene (PTFE) film well-known as impossible up to now. To confirm whether the graft chains were introduced in the material, the PTFE-g-PSt membrane was sulfonated in 0.2M ClSOH solution, to evaluate the proton conductivity in the thickness direction. The proton conductivity was obtained to be 0.075 S/cm in a 5.3% degree of grafting, indicating that the UV grafting process is one of the effective methods to prepare the polymer electrolyte membranes.