Analysis of hierarchical structure of ETFE-based graft-type polymer electrolyte membranes by small angle X-ray scattering

小角X線散乱測定によるETFEグラフト電解質膜の階層構造解析

Tran, D. T.; 澤田 真一; 長谷川 伸; 大場 洋次郎*; 大沼 正人*; 勝村 庸介*; 前川 康成

Tran, D. T.; Sawada, Shinichi; Hasegawa, Shin; Oba, Yojiro*; Onuma, Masato*; Katsumura, Yosuke*; Maekawa, Yasunari

高導電性や高耐久性を有する放射線グラフト電解質膜を開発するには、既存のグラフト電解質膜の詳細な構造を理解する必要がある。そこで本研究では、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)を基材とするグラフト電解質膜の階層構造を小角X線散乱(SAXS)法によって解析した。基材ETFE膜のSAXSプロファイルでは、相関長d=23nmの位置に結晶ラメラに起因するピークが見られた。一方、スチレングラフト膜や電解質膜では、結晶ラメラの間隔が増大したことから、ラメラ内の非晶相にグラフト相が導入されたと考えられる。またグラフト膜と電解質膜では、相関長0.9, 1.5nmの位置にも新しいピークが観察された。これらのピークは、それぞれスチレン及びスチレンスルホン酸ユニット同士の間隔に起因すると予想される。

We investigated the hierarchical structures of poly(ethylene-co-tetrafluoroethylene) (ETFE) based polymer electrolyte membranes (ETFE-PEMs) by comparison with those of precursor original ETFE and styrene-grafted (grafted ETFE) films using small-angle X-ray scattering (SAXS). The ETFE substrate has a lamellar structure with d-spacing of 23.1 nm, while grafted ETFE and ETFE-PEMs showed shoulder peaks at lower Q values, corresponding to d-spacing of 32.7 and 36.1 nm. The grafted ETFE and ETFE-PEM showed new peaks at larger Q value regions, corresponding to d-spacing of 0.94 and 1.48 nm, respectively. These peaks should be ascribed to internal structures of grafted polymers and ion channels.