抄録/ポイント：
抄録/ポイント
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イオン交換膜は,海水からの食塩製造(製塩),クロロ・アルカリ製造,水処理,廃液処理,化学品・薬品・食品の製造・精製などに広く利用されており,工業的な分離・精製プロセスに欠かすことのできない材料である。イオン交換膜の高性能化のためのアプローチの一つに薄膜化による電気抵抗の低減がある。現在製塩用途に使用されているイオン交換膜には,補強材としてポリ塩化ビニルなどから作製された厚めの織布基材が利用されている。一方で近年電池用途を中心に,機械的強度に優れた高分子多孔質薄膜を補強基材とするイオン交換膜の開発が活発に進められている。前年度の研究課題では,高い空孔率を持つシリカナノファイバー基材を利用することで,膜中のイオン交換樹脂量を増やすことができ,その結果,イオン交換容量を向上させ,膜の電気抵抗を低減できることを報告したが,基材として無機多孔質薄膜を用いたことで,膜の機械的強度に課題があることも明らかになった。本研究課題では,ナノファイバー多孔質基材の機械的特性向上のため,スーパーエンジニアリングプラスチックの一つであるポリベンズイミダゾールを合成し,これを原料としてエレクロスピニングによって直径200~800nmのナノファイバーを作製した。作製したナノファイバー積層シートにおいてナノファイバー同士の接触点での接着強度を向上させるために180°C,1MPaの条件で熱プレス処理を行うことで,多孔質薄膜基材を得た。作製した基材に4ビニルピリジン-ジビニルベンゼン系など汎用的なイオン交換樹脂のモノマー溶液を含浸させ,加熱重合を行った後,イオン交換基の導入を行うことでイオン交換膜を作製した。作製したイオン交換膜の構造と物理化学的性質を,走査型電子顕微鏡観察,フーリエ変換赤外分光測定,電位差滴定,電気化学インピーダンス(膜抵抗)測定,動的輸率測定,引張試験等によって調査した。熱プレス処理を行ったポリベンズイミダゾールナノファイバー基材から作製したアニオン交換膜は,既存イオン交換膜と比較して低い電気抵抗と良好な輸率を示した。さらに,前年度に検討したシリカナノファイバー基材と比較して,膜の破断強度は約5倍向上した。以上の結果から,空孔率が大きく(~80%),通気度と機械的性質に優れたポリベンズイミダゾールナノファイバー多孔質基材の有用性が示唆された。(著者抄録)
