グラフト型電解質膜の相分離構造とグラフト鎖の膨潤・脱離挙動

Phase separation of graft-type polymer electrolyte membranes and swelling and detachment behavior of the grafts

前川 康成; 榎本 一之; 高橋 周一*; 岩瀬 崇典*; 山下 俊*; 岩瀬 裕希*; 小泉 智

Maekawa, Yasunari; Enomoto, Kazuyuki; Takahashi, Shuichi*; Iwase, Takanori*; Yamashita, Takashi*; Iwase, Hiroki*; Koizumi, Satoshi

燃料電池開発において、その心臓部分である電解質膜の高温耐久性が自動車用電源の実現に必要不可欠である。本研究では、炭化水素及びフッ素系基材膜にスチレンスルホン酸やアルキルスルホン酸を導入したグラフト型電解質膜を作製し、燃料電池作動環境に近い高温水中での基材膜とグラフト鎖の化学構造及び高次構造を解析することで劣化機構を検討した。グラフト型電解質膜の耐久性は、グラフト鎖構造に依存するというこれまでの知見を覆し、グラフト鎖は高分子鎖切断など分解することなく、グラフト重合の開始点である基材膜界面から直接脱離すること、及び、この脱離は、疎水性基材膜と相分離した親水性グラフト鎖の含水膨張に起因することを見いだした。グラフト鎖の膨潤による界面脱離を利用することで、これまで基材膜からの単離が困難とされてきたグラフト鎖の構造や分子量が解析できる。

Detachment of sulfonated grafts in graft-type polymer electrolyte membranes (PEM) were observed in hot water. The detachment is assisted by the interface stress between swelling of the hydrophilic grafts and hydrophobic polymer substrates. The grafted PEM with a clear phase separation structure, observed by small angle neutron scattering (SANS), are subjected to fast detachment of the grafts.