Radiation-induced crosslinking of Nafion N117CS membranes

ナフィオンN117CS膜の放射線による架橋

岩井 保則; 廣木 章博; 玉田 正男

Iwai, Yasunori; Hiroki, Akihiro; Tamada, Masao

ナフィオンN117CS膜内に放射線により架橋を形成させることに成功したことを引張試験,メタノール膨潤率測定,熱機械分析(TMA),F19 MAS NMRにより実証した。今までナフィオン膜の耐熱性は低く、H型ナフィオン膜側鎖の熱分解が523Kから始まることからナフィオンN117CS膜内に放射線により架橋を形成することは不可能であると考えられていた。まずナフィオン膜の耐熱性を向上させるため、照射前のナフィオン膜を塩化ナトリウム溶液に浸漬させ、ナフィオン膜をNa型とした。耐熱性が大幅に向上したNa型ナフィオン膜を室温から618Kの温度範囲でアルゴン雰囲気下にて線照射した。照射後膜はH型に再置換した。アルコールで膨潤させたナフィオン膜のF19 MAS NMR測定から放射線による架橋に起因するピークが生じていることを確認した。未照射膜に比べ、598Kで照射した膜の破壊時伸び率の向上やメタノール膨潤率の低下,TMAによる軟化点温度の低下などの観測もわれわれの新たな発見を裏付けている。

The successful formation of radiation-induced crosslinking in Nafion N117CS membranes was clearly demonstrated by tensile testing, a methanol uptake measurement, thermo-mechanical analysis (TMA) and fluorine-19 MAS NMR (F NMR). The possibility of radiation-induced crosslinking of Nafion never had been considered with regard to the thermal stability of Nafion membranes, since the scission of PFAE pendant-chains in Nafion membranes in their protonated form begins at 523 K. To improve the thermal stability of Nafion membranes, Nafion membranes were soaked in sodium chloride prior to irradiation. The sodium-exchange Nafion membranes were irradiated with rays in an argon atmosphere at temperatures ranging from room temperature to 618 K. The irradiated membranes were re-exchanged to the protonated form. Fluorine-19 MAS NMR results for the alcohol-swollen membranes indicate peaks which originated due to radiation-induced crosslinking. An increase in percent elongation at break, a decrease in methanol uptake, and a decrease in the softening temperature at a differential TMA peak for membranes irradiated at 598 K compared to received membranes also add support for our new finding.