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長谷川 伸; 阿佐美 進哉*; 澤田 真一; 日野 聡*; 磯部 繁人*; 橋本 直幸*; 前川 康成
no journal, ,
原子炉建屋や水素ガスステーションの安全性を確保するため、水素透過度が酸素, 水蒸気透過度よりも高く、かつ水素吸蔵のために十分な水素透過度(10
10
mol/m
s Pa)を有する水素選択透過膜の開発が必要不可欠である。そこで、放射線グラフト重合法により、水素透過性の高い多孔性ポリフッ化ビニリデン(PVDF)膜基材の空隙率を制御することで、水素選択透過膜の開発を目指した。親水性(アクリル酸), 疎水性(スチレン)およびシリカ含有(トリメトキシシリルスチレン)グラフト鎖を、グラフト率60, 144, 92%まで導入できた。グラフト重合前後で多孔膜の空隙率はほとんど変化しないことから、グラフト重合反応は、空隙率に影響を及ぼさないことを初めて見出した。そこで、加熱圧縮処理でグラフト多孔膜の空隙率を40%前後に調整することで、水素透過率を1010mol/m s Paに制御できた。窒素, 水蒸気に対する水素の透過比は最大3倍および7.1倍を示したことから、多孔膜へのグラフト重合が水素選択透過膜の開発に有効であることが分かった。
前川 康成; Zhao, Y.; 吉村 公男; 猪谷 秀幸*; 山口 進*; 田中 裕久*; 小泉 智*
no journal, ,
電子・
線などの量子ビームを利用した放射線グラフト重合法で作製した高分子電解質膜(グラフト電解質膜)は、一般的なキャスト/延伸法等で作製された膜よりも高い結晶性を有し、イオン伝導性/機械特性の両方に優れた特性を示す。そこで、水素燃料電池及び白金フリーアルカリ燃料電池として高い出力特性、耐久性を報告しているエチレンテトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)にスルホ基およびイミダゾリウム基を有するグラフト鎖を導入したプロトンおよびアニオン伝導高分子電解質膜(ETFE-PEM/ETFE-AEM)について、X線小角散乱法(SAXS)や中性子小角散乱(SANS)コントラスト変調法による解析より、その階層構造と機能性の関係を検討した。その結果、両電解質膜ともに、ETFE基材膜由来のラメラ結晶が維持された微結晶領域が機械的強度に重要であること、全グラフト鎖と水を含む親水領域がイオンチャンネルを形成することが高いイオン伝導性に重要であることなど、電解質膜の性能向上に重要な階層構造を明らかにした。
吉村 公男; 猪谷 秀幸*; 山口 進*; 田中 裕久*; 前川 康成
no journal, ,
水加ヒドラジンなどの液体燃料が使用可能なアルカリ形非白金燃料電池において、アニオン伝導電解質膜のアルカリ耐性の向上が求められている。本発表では、これまでに放射線グラフト重合を用いて作製したイミダゾリウム基を有するグラフト型アニオン膜について、それぞれの膜物性やアルカリ耐性、ならびに水加ヒドラジン燃料電池に応用した結果についてまとめた。現在最も一般的に用いられているアルキルアンモニウム基を、共鳴構造により正電荷を分散できるイミダゾリウム基に変更することで、従来問題になっていた含水膨潤による膜破断を抑制できた。そして、グラフト鎖へのイミダゾリウム基の直接導入、スチレンとの共重合化、及びイミダゾリウム環の2位炭素のメチル基による保護により、アルカリ耐性が大幅に向上し、燃料電池動作条件において、目標耐久性である1000時間以上を達成した。更に、グラフト鎖と同一組成のイオン性接着材料を新たに合成し、グラフト型アニオン膜と組み合わせて燃料電池セルを作製することで、水加ヒドラジン燃料による発電試験で230mW/cmの出力を確認できた。
濱田 崇; 竹内 航太*; 長谷川 伸; 前川 康成
no journal, ,
燃料電池用電解質膜の開発において、放射線グラフト重合では、イオンチャンネルを形成するグラフト鎖の分子量分布やブロック構造などを精密に制御することはできない。そこで、最適なイオンチャンネルの形成と性能の向上を目指し、リビングラジカル重合法の一つである原子移動ラジカル重合(ATRP)を放射線グラフト重合と組み合わせた"リビンググラフト重合"で、グラフト鎖構造の精密制御を検討した。これまでのリビンググラフト重合を用いた電解質膜の合成では、重合時の温度が高く、熱重合との区別を含めリビング性を証明した例はなく、上記の精密構造制御はできていなかった。本研究では、ATRP触媒の配位子、溶媒とその濃度を最適化することで、熱重合を伴わない低温でのグラフト高分子鎖の精密合成に成功するとともに、逐次的なモノマー添加/構造同定によりリビング重合性を初めて証明した。このリビング性を示す重合条件を利用することで、分子量分布のそろったグラフト鎖からなる電解質膜を合成し、放射線グラフト重合で作製した電解質膜と比較したところ、高湿度条件で導電率に優れるものの、含水率増加による膜変形を起こす欠点があることを明らかにした。
関根 由莉奈; 遠藤 仁*; 岩瀬 裕希*; 竹田 茂生*; 向井 貞篤*; 深澤 裕; 佐々木 善浩*; 秋吉 一成*
no journal, ,
多糖であるプルランに疎水基を導入した疎水化多糖は、自己組織的に水中で約20nmの物理架橋ナノゲルを形成する。このナノゲルは疎水性の低分子薬剤やタンパク質等をネットワーク中に内包する性質を持つことから体内に薬物や物質を効率良く輸送するキャリアとして広く応用されてきた。今まで、ピレンを用いた蛍光消光法等によりナノゲル内に疎水性基同士の相互作用が観察されているが、詳細な内部構造はほとんど明らかとなっていない。ナノゲル内部の微細構造はその機能に大きく関与すると考えられることから、物理的, 化学的機能を制御した新規なナノゲル材料開発のために詳細な構造を明らかとすることは重要である。本発表では、コントラスト変調中性子小角散乱法を用いてコレステロール置換プルランナノゲル(CHPナノゲル)内部の微細構造を評価した結果について述べる。