放射線グラフト重合法と原子移動ラジカル重合法の組み合わせによる新規電解質膜の創製

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25810130
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 澤田 真一 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 量子ビーム応用研究センター, 研究員 (70414571)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 放射線グラフト重合 / 原子移動ラジカル重合 / 電解質膜 / 燃料電池

Research Abstract

本年度は、(i)エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)膜に対するガンマ線前照射、(ii)スチレンおよびクロロメチルスチレン（CMS）モノマーの放射線グラフト重合(RIGP)、(iii)CMSユニットの塩素原子を起点としたスチレンスルホン酸エチルエステル(ETSS)モノマーの原子移動ラジカル重合(ATRP)、(iv)ETSSユニットの加水分解によるスルホン酸基の導入、という手順により、疎水性グラフト鎖(スチレンおよびCMSユニット)と親水性グラフト鎖(スチレンスルホン酸ユニット)を併せ持つ新規電解質膜を作製することに成功した。(ii)において、X線マイクロアナライザー(XMA)による元素分析の結果、RIGP後の膜内には塩素原子が均一に分布していることがわかり、スチレンとCMSが共グラフト重合されていることを明らかにした。(iii)において、反応温度を50 ℃という比較的低温にし、また触媒(臭化銅)と配位子(N,N,N',N'',N''-Pentamethyl-diethylenetriamine)の濃度を従来の約100倍に増大させることで、熱重合は生じずATRPのみが進行することを見出した。XMAによる元素分析の結果、ATRP後の膜内には硫黄原子が均一に分布していることがわかり、ATRPによってETSSグラフト鎖が均一に導入されたことを明らかにした。ATRPの反応時間を1～8 hと調節することで、ETSSのグラフト率を40～160%の広範囲で変えることができた。これにより、イオン交換容量0.67～2.8 meq/gの電解質膜を得られた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

研究代表者は、2013年10月初頭から現在までイタリアの膜技術研究所に留学しており、そこで全く別テーマの研究に従事している(帰国は2014年9月)。本研究課題の研究期間は2013年4月～9月までの半年間しかなかったため、やや進捗が遅れている。

Strategy for Future Research Activity

研究代表者は2014年9月に日本に帰国し、その後は本研究課題の推進に注力する。特に、RIGPとATRPの組み合わせで得られた新規電解質膜のプロトン伝導度測定を重点的に行い、従来のRIGP電解質膜との性能を比較する。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

研究代表者は2013年10月から現在までイタリアの国立膜技術研究所に留学している。そのため本研究課題の実施期間は2013年4月から同年9月までの半年間のみであった。したがって、当初の計画どおりに予算を使い切ることができなかった。
研究代表者は2014年9月に日本に帰国し、その後は本研究課題の推進に専念したい。特にRIGPとATRPの組み合わせで作製した新規電解質膜のプロトン伝導度測定を行う。そのため電解質膜作製のためのモノマーおよび溶媒を購入する予定である。