Radiation-induced graft polymerization of styrene into a poly(ether ether ketone) film for preparation of polymer electrolyte membranes

ポリエーテルエーテルケトン膜の放射線グラフト重合による高分子電解質膜の調製

長谷川 伸; 佐藤 賢*; 成田 正*; 鈴木 康之; 高橋 周一; 森下 憲雄; 前川 康成

Hasegawa, Shin; Sato, Ken*; Narita, Tadashi*; Suzuki, Yasuyuki; Takahashi, Shuichi; Morishita, Norio; Maekawa, Yasunari

高温での機械特性に優れた芳香族炭化水素高分子である結晶性ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)膜へのスチレンの放射線グラフト重合において、示差走査熱量測定法(DSC),熱重量分析(TGA),X-線回折(XRD),電子スピン共鳴(ESR)を用いてその固相反応機構と膜構造を詳細に調べた。熱分析によりスチレンのグラフト重合が、PEEKの非晶質領域で進行していることがわかった。このことは、ポリスチレングラフト鎖が、基材であるPEEK膜と類似の炭化水素構造を持つため、PEEK膜の非晶相と相容性を有しているためであると考えられる。グラフトPEEK膜は、後スルホン化することで0.01S/cmの電気伝導度と、100%以上の高い含水率を示し、PEEK基材電解質膜に転換可能であることがわかった。

Radiation-induced graft polymerization of styrene into poly(ether ether ketone) (PEEK) with 32% crystallinity was investigated with DSC, TGA, XRD, and ESR. Endothermic heats of melting of the original and styrene-grafted PEEK (grafted PEEK) films were similar, indicating the crystallinity was almost completely maintained up to a grafting degree of 51%. Lower glass transition temperature of the grafted PEEK film in the DSC, and the absence of an extra halo originating from amorphous polystyrene grafts in the XRD strongly indicate the grafting of styrene to crystalline PEEK films proceeded in the amorphous region of PEEK. This is probably because polystyrene grafts have hydrocarbon structures similar to a base PEEK polymer, resulting in compatibility to the amorphous phase of the PEEK films. The grafted PEEK films can be converted to PEEK-based electrolyte membranes by subsequent sulfonation, and had conductivity of more than 0.01 S/cm and exhibited higher water content above 100%.