Degradation manner of polymer grafts chemically attached on thermally stable polymer films; Swelling-induced detachment of hydrophilic grafts from hydrophobic polymer substrates in aqueous media

耐熱性高分子膜に化学的に結合したグラフト鎖の新たな同定方法; 水中での親水性グラフト鎖の疎水性高分子基材からの膨潤脱離

榎本 一之*; 高橋 周一*; 岩瀬 崇典*; 山下 俊*; 前川 康成

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

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。上記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。

The degradation manner of graft-type polymer electrolyte membranes consisting of hydrophilic poly(styrenesulfonic acid) (PSSA) graft polymers (grafts) and thermally and mechanically stable hydrophobic polymer substrates was examined in hot water. Severe weight loss was observed in PSSA-grafted cPTFE and ETFE films but not in a PSSA-grafted PEEK film. The decomposed extracts in water were characterized as PSSA during the whole course of degradation, clearly showing that the PSSA grafts detached from the fluorinated substrates without decomposition or scission of graft polymer chains. This is quite a new degradation manner for graft-type polymer electrolyte membranes; namely, hydrophilic PSSA grafts detach from hydrophobic polymer substrates due to swelling-induced stress at the interfacial boundary in the grafted films.