TEMPO addition into pre-irradiated fluoropolymers and living-radical graft polymerization of styrene for preparation of polymer electrolyte membranes

前照射法によるフッ素系高分子膜へのTEMPO付加とスチレンのリビングラジカルグラフト重合による電解質膜の作製

澤田 真一; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*; 前川 康成

Sawada, Shinichi; Suzuki, Akihiro*; Terai, Takayuki*; Maekawa, Yasunari

燃料電池用電解質膜のプロトン伝導性向上を目的とし、プロトン伝導チャンネルの構造を精密制御するため、放射線グラフト法とリビングラジカル重合法を組合せることで、均一な長さのグラフト鎖を有する電解質膜を作製した。はじめに、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)又はエチレン-テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)に対して前照射を行い、2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxy(TEMPO)を付加した。ここで、TEMPOの溶媒や濃度,反応温度などを検討し、最適なTEMPO付加条件を見いだした。TEMPOを付加した高分子膜を基材とし、スチレンのリビングラジカル重合を125Cで行った後、スルホン化することで電解質膜が得られた。この電解質膜は、従来の放射線グラフト法で作製した膜と比較して高いプロトン伝導性を示したことから、均一な長さのグラフト鎖が形成する特異的な親水性領域がプロトン伝導を促進したことが示唆される。

We prepared proton exchange membranes (PEMs) by 2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxy (TEMPO)-mediated living-radical graft polymerization of styrene into fluoropolymer films and subsequent sulfonation. The TEMPO penetration behavior into the base films was examined by a permeation experiment and computer simulation. Xylene and dioxane were appropriate solvents for the complete introduction of TEMPO into PVDF and ETFE films, respectively. The obtained PEMs exhibited the higher proton conductivity compared to those prepared by conventional radiation grafting method.