Development of Oxidatively Degradable Polymeric Materials Directed toward Recycling

• Project/Area Number: 20H04372
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 64030:Environmental materials and recycle technology-related
• Research Institution: Kanagawa University
• Principal Investigator: Nobuhiro Kihara 神奈川大学, 理学部, 教授 (30214852)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000); Fiscal Year 2023: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2022: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2021: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2020: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: 酸化分解性ポリマー / ジアシルヒドラジン / 2-チオエチルエステル / アシルセミカルバジド / 次亜塩素酸ナトリウム / 過酸化水素 / エポキシ樹脂 / ビニルポリマー / 分解性ポリアミド / 分解性ポリエステル / 分解性ビニルポリマー / 架橋体 / 酸化分解性高分子 / 分解性エポキシ樹脂 / 易解体性接着剤 / 酸化分解性高分子材料 / 次亜塩素酸ナトリウム水溶液 / 窒素酸化物 / 酸化分解性エラストマー / 酸化分解性ポリエステル / エポキシ樹脂硬化剤 / 分解性接着剤 / 水素結合 / 酸化分解性エポキシ樹脂硬化剤 / ビスフェノール / ヒドラジド / カルボン酸

Outline of Research at the Start

ジアシルヒドラジンは熱的にも化学的にも安定であるが、非天然の刺激である次亜塩素酸ナトリウムによって速やかに酸化分解されるので、ジアシルヒドラジンを主鎖に組み込んだ高分子材料は、耐候性と分解性が両立する優れたリサイクル材料となる。ジアシルヒドラジンを利用し、①複合材料のリサイクルを可能にする酸化分解性接着剤を開発する。②水素結合を制御することで、接着力の強い酸化分解性接着剤を得る。③高分子材料の中で最も生産量が多く広く使われているビニルポリマーを酸化分解性とする。

Outline of Final Research Achievements

We developed bisphenol-type oxidatively degradable epoxy resin-curing agents with high solubility that was ensured by ester group bearing long alkyl chain or polyether. 2-Thioethyl ester and urethane were found to be available as new oxidatively degradable functional groups, and glycidyl sulfide was shown to be an oxidatively degradable epoxy resin. We developed a method to introduce any functional group onto the main chain of vinyl polymer to obtain oxidatively degradable vinyl polymer. We found that diacylhydrazine can be degraded by nitrogen dioxide under dry condition. It was also found that diacylhydrazine can be used as hard segments in oxidatively degradable elastomer. Acylsemicarbazide could be used as an oxidatively degradable protective group.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

高分子材料のリサイクルや容易な廃棄を目指し、熱や生物によって分解する高分子材料の開発が活発である。しかし、既存の分解性高分子材料は使用中の分解が避けられない。本研究は、使用中には全く安定であり、かつ、使用後には望むタイミングで直ちに分解する新しい分解性官能基、それを利用した分解性高分子材料、その原料物質あるいは可溶性物質への分解、および、新しい分解方法を開発した。本研究で見出された分解性官能基を組み込むことで、既存の高分子材料に制御可能な分解性を付与し、高分子材料のケミカルリサイクルだけでなく、分解性接着剤・塗料によるマテリアルリサイクルをも可能とするものである。

Research Products

• [Journal Article] 酸化分解性ポリマー：使用中は分解しない分解性ポリマー (2024)
  • Author(s): 木原 伸浩
  • Journal Title: アロマティックス Volume: 76 Pages: 6-13
• [Journal Article] 不要になったら直ちに分解できる，難分解性で高耐熱性のポリマー材料 (2024)
  • Author(s): 木原 伸浩
  • Journal Title: マテリアルステージ Volume: 23 Pages: 64-70
• [Journal Article] 高速に分解できる難分解性・高耐熱性ポリマー材料「ポリ（ジアシルヒドラジン）」 (2022)
  • Author(s): 木原 伸浩
  • Journal Title: コンバーテック Volume: 50 Pages: 112-115
• [Journal Article] Superabsorbent polymer solubilized instantly by decrosslinking with sodium hypochlorite (2021)
  • Author(s): Yanaze Kazuya、Kihara Nobuhiro
  • Journal Title: Polymer Journal Volume: 53 Issue: 10 Pages: 1153-1155
  • DOI: 10.1038/s41428-021-00499-7
  • NAID: 120007180780
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] ネットワークポリマーの酸化的脱架橋 －高安定性と高分解性の両立－ (2021)
  • Author(s): 木原 伸浩
  • Journal Title: ネットワークポリマー論文集 Volume: 42 Pages: 236-242
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 自在に分解できる耐熱性・耐候性ポリマー (2020)
  • Author(s): 木原 伸浩
  • Journal Title: クリーンテクノロジー Volume: 30 Pages: 53-60
• [Journal Article] 高分子反応で分解する (2020)
  • Author(s): 木原 伸浩
  • Journal Title: 高分子 Volume: 69 Pages: 527-528
  • Peer Reviewed
• [Presentation] アミドの水素結合を利用した位置選択的反応場の開発 (2024)
  • Author(s): 矢部 丈登、木原 伸浩
  • Organizer: 日本化学会第104春季年会（2024）
• [Presentation] アミドの水素結合を利用した位置選択的Diels-Alder反応系の開発 (2024)
  • Author(s): 倪 汪斌、木原 伸浩
  • Organizer: 日本化学会第104春季年会（2024）
• [Presentation] メタセシス反応によるビニルポリマーへの酸化分解性の導入 (2024)
  • Author(s): 齋藤 穂高、木原 伸浩
  • Organizer: 日本化学会第104春季年会（2024）
• [Presentation] スルフィドの酸化反応を利用した酸化分解性ポリエステルの合成 (2024)
  • Author(s): 望月 美緒、木原 伸浩
  • Organizer: 日本化学会第104春季年会（2024）
• [Presentation] 酸化分解性エラストマーの開発 (2024)
  • Author(s): 露木 俊介、木原 伸浩
  • Organizer: 日本化学会第104春季年会（2024）
• [Presentation] 酸化分解性の新規フェノール系エポキシ樹脂硬化剤の開発 (2024)
  • Author(s): 橋爪 孝太、木原 伸浩
  • Organizer: 日本化学会第104春季年会（2024）
• [Presentation] 主鎖への官能基の導入による酸化分解性ビニルポリマーの合成 (2024)
  • Author(s): 梶原 光平、木原 伸浩
  • Organizer: 日本化学会第104春季年会（2024）
• [Presentation] 酸化分解により自己崩壊するポリウレタンの開発 (2024)
  • Author(s): 渋谷 土筆、木原 伸浩
  • Organizer: 日本化学会第104春季年会（2024）
• [Presentation] 窒素酸化物を用いたポリ（ジアシルヒドラジン）の乾式分解 (2024)
  • Author(s): 金子 卓弘、木原 伸浩
  • Organizer: 日本化学会第104春季年会（2024）
• [Presentation] チオアセタール構造を有するジオールを用いた酸化分解性ポリエステル (2024)
  • Author(s): 本間 美帆、木原 伸浩
  • Organizer: 日本化学会第104春季年会（2024）
• [Presentation] マイケル反応を利用した酸化解体性接着剤の開発 (2023)
  • Author(s): 古川 聖純、木原 伸浩
  • Organizer: 日本接着学会年次大会
• [Presentation] 分解性プラスチックの基礎と課題および高分解性と安定性の両立技術 (2023)
  • Author(s): 木原 伸浩
  • Organizer: 3Mテクノフォーラム
  • Invited
• [Presentation] 酸化分解性ポリマーと分解性接着剤への応用：分解性と安定性の両立 (2023)
  • Author(s): 木原 伸浩
  • Organizer: 日本接着学会関西支部2023年度関西接着ワークショップ第2回研究会
  • Invited
• [Presentation] 酸化分解性ビニルポリマーの合成 (2023)
  • Author(s): 梶原 光平、木原 伸浩
  • Organizer: 第10回高分子学会グリーンケミストリー研究会シンポジウム
• [Presentation] 酸化分解性エラストマーの開発 (2023)
  • Author(s): 露木 俊介、木原 伸浩
  • Organizer: 第10回高分子学会グリーンケミストリー研究会シンポジウム
• [Presentation] メタセシス反応によるビニルポリマーへの酸化分解性の導入 (2023)
  • Author(s): 齋藤 穂高、木原 伸浩
  • Organizer: 第10回高分子学会グリーンケミストリー研究会シンポジウム
• [Presentation] スルフィドの酸化反応を利用した酸化分解性ポリエステルの合成 (2023)
  • Author(s): 望月 美緒、木原 伸浩
  • Organizer: 第10回高分子学会グリーンケミストリー研究会シンポジウム
• [Presentation] 酸化分解をトリガーとする自己崩壊型ポリウレタンの開発 (2023)
  • Author(s): 渋谷 土筆、木原 伸浩
  • Organizer: 第10回高分子学会グリーンケミストリー研究会シンポジウム
• [Presentation] チオアセタール構造を有するジオールを用いた酸化分解性ポリエステル (2023)
  • Author(s): 本間 美帆、木原 伸浩
  • Organizer: 第10回高分子学会グリーンケミストリー研究会シンポジウム
• [Presentation] 高い分解性と高い化学的安定性・機械的強度の両立と易解体性接着剤への応用 (2023)
  • Author(s): 木原 伸浩
  • Organizer: 技術情報協会セミナー「易解体性接着剤の分子設計と安定性・分解性の両立」
  • Invited
• [Presentation] 使用時に高い安定性を持つ易解体性高分子の設計と易解体性接着剤への応用 (2023)
  • Author(s): 木原 伸浩
  • Organizer: 日本接着学会 構造接着・精密接着研究会2022年度 第4回研究講演会
  • Invited
• [Presentation] 大環状スルホキシイミンの合成と分子認識能 (2023)
  • Author(s): 真下 睦生、木原 伸浩
  • Organizer: 日本化学会第103春季年会
• [Presentation] アミドの水素結合を利用した位置選択的反応場の開発 (2023)
  • Author(s): 矢部 丈登、木原 伸浩
  • Organizer: 日本化学会第103春季年会
• [Presentation] アミドの水素結合を利用した位置選択的Diels-Alder反応触媒の開発 (2023)
  • Author(s): 倪 汪斌、木原 伸浩
  • Organizer: 日本化学会第103春季年会
• [Presentation] 酸化分解性エラストマーの開発 (2023)
  • Author(s): 露木 俊介、木原 伸浩
  • Organizer: 日本化学会第103春季年会
• [Presentation] 酸化分解性の新規フェノール系エポキシ樹脂硬化剤の開発 (2023)
  • Author(s): 橋爪 孝太、木原 伸浩
  • Organizer: 日本化学会第103春季年会
• [Presentation] 酸化分解性ポリシロキサンの合成 (2023)
  • Author(s): 大庭 莉琉、木原 伸浩
  • Organizer: 日本化学会第103春季年会
• [Presentation] 酸化分解性ビニルポリマーの合成 (2023)
  • Author(s): 梶原 光平、木原 伸浩
  • Organizer: 日本化学会第103春季年会
• [Presentation] 乾式条件でのジアシルヒドラジンの酸化分解 (2023)
  • Author(s): 金子 卓弘、木原 伸浩
  • Organizer: 日本化学会第103春季年会
• [Presentation] 酸化分解により自己崩壊するポリウレタンの開発 (2023)
  • Author(s): 渋谷 土筆、木原 伸浩
  • Organizer: 日本化学会第103春季年会
• [Presentation] オリゴマーの架橋によるビニルポリマーへの酸化分解性の導入 (2022)
  • Author(s): 梶原 光平、木原 伸浩
  • Organizer: 高分子学会関東支部第7回神奈川地区講演会
• [Presentation] 乾式条件でのジアシルヒドラジンの酸化分解 (2022)
  • Author(s): 金子 卓弘、木原 伸浩
  • Organizer: 高分子学会関東支部第7回神奈川地区講演会
• [Presentation] 酸化分解性ポリシロキサンの合成 (2022)
  • Author(s): 大庭 莉琉、木原 伸浩
  • Organizer: 高分子学会関東支部第7回神奈川地区講演会
• [Presentation] 酸化分解性の新規フェノール系エポキシ樹脂硬化剤の開発 (2022)
  • Author(s): 橋爪 孝太、木原 伸浩
  • Organizer: 高分子学会関東支部第7回神奈川地区講演会
• [Presentation] 酸化分解性エラストマーの開発 (2022)
  • Author(s): 露木 俊介、木原 伸浩
  • Organizer: 高分子学会関東支部第7回神奈川地区講演会
• [Presentation] 酸化分解により自己崩壊するポリウレタンの開発 (2022)
  • Author(s): 渋谷 土筆、木原 伸浩
  • Organizer: 高分子学会関東支部第7回神奈川地区講演会
• [Presentation] 新規酸化分解性官能基を用いた酸化分解性高分子材料の開発 (2022)
  • Author(s): 木原 伸浩、山口 陽之
  • Organizer: 第71回高分子討論会
• [Presentation] Superabsorbent Polymer (SAP) Solubilized Instantly by Decrosslinking with Sodium Hypochlorite (2022)
  • Author(s): Kazuya Yanaze and Nobuhiro Kihara
  • Organizer: 3rd International Conference on Polymer Science and Composite Materials (Polymer Connect)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 使用中は分解せず、使用後には直ちに漂白剤で分解できるプラスチック (2022)
  • Author(s): 木原 伸浩
  • Organizer: 第12回CSJ化学フェスタ2022
  • Invited
• [Presentation] 使用時には安定な高分解性ポリマー材料技術 (2022)
  • Author(s): 木原 伸浩
  • Organizer: 関西ペイント技術講演会
  • Invited
• [Presentation] 高分解性と使用時の安定性が両立する高分子材料・接着剤 (2022)
  • Author(s): 木原 伸浩
  • Organizer: 産総研「接着・接合関係のコンソーシアム」第16回企業ワークショップ
  • Invited
• [Presentation] 酸化分解性ビニルポリマーの合成 (2022)
  • Author(s): 梶原 光平、木原 伸浩
  • Organizer: 日本化学会第102春季年会
• [Presentation] 自己崩壊型ポリウレタンへの酸化分解トリガーの導入 (2022)
  • Author(s): 渋谷 土筆、木原 伸浩
  • Organizer: 日本化学会第102春季年会
• [Presentation] ヒドロキシ基をもつジアシルヒドラジンの合成と無水条件での酸化分解 (2022)
  • Author(s): 金子 卓弘、木原 伸浩
  • Organizer: 日本化学会第102春季年会
• [Presentation] 高い分解性と安定性を併せ持つ高分子材料の設計と応用 (2021)
  • Author(s): 木原 伸浩
  • Organizer: 第70回高分子討論会
  • Invited
• [Presentation] 酸化分解性高分子材料の簡便合成 (2021)
  • Author(s): 木原 伸浩、菊地原 愛
  • Organizer: 第70回高分子討論会
• [Presentation] アミドの水素結合を利用した位置選択的反応場の開発 (2021)
  • Author(s): 矢部 丈登、木原 伸浩
  • Organizer: 日本化学会第101春季年会
• [Presentation] 自己崩壊型ポリウレタンへの酸化分解トリガーの導入 (2021)
  • Author(s): 渋谷 土筆、木原 伸浩
  • Organizer: 日本化学会第101春季年会
• [Presentation] ポリカテナンの合成 (2021)
  • Author(s): 牧 航平、木原 伸浩
  • Organizer: 日本化学会第101春季年会
• [Presentation] ジアシルヒドラジンを用いた架橋体の開発と酸化的脱架橋 (2020)
  • Author(s): 木原 伸浩
  • Organizer: 第69回高分子討論会
• [Presentation] 酸化分解性エポキシ樹脂硬化剤 -安定性と高分解性の両立- (2020)
  • Author(s): 木原 伸浩
  • Organizer: エポキシ樹脂協会特別講演会
  • Invited
• [Presentation] 酸化分解性高分子材料 －化学的安定性と高分解性の両立－ (2020)
  • Author(s): 木原 伸浩
  • Organizer: 第38回高分子学会千葉地域活動若手セミナー
  • Invited
• [Book] プラスチックのリサイクルと再生材の改質技術 (2024)
  • Author(s): 執筆者：60名、技術情報協会
  • Total Pages: 621
  • Publisher: 技術情報協会
• [Book] 高分子材料の分解制御技術 (2024)
  • Author(s): 粕谷健一
  • Total Pages: 291
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Book] エポキシ樹脂の配合設計と高機能化 (2023)
  • Author(s): 執筆者：52名、技術情報協会
  • Total Pages: 481
  • Publisher: 技術情報協会
  • ISBN: 9784861049880
• [Book] 接着と剥離のための高分子設計と応用 (2023)
  • Author(s): 松本章一
  • Total Pages: 258
  • Publisher: シーエムシー出版
  • ISBN: 9784781317618
• [Patent(Industrial Property Rights)] 高分子化合物を分解する方法、及びそのための組成物 (2024)
  • Inventor(s): 木原 伸浩
  • Industrial Property Rights Holder: 木原 伸浩
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2024-038957
  • Filing Date: 2024
• [Patent(Industrial Property Rights)] ポリエステルの製造方法 (2023)
  • Inventor(s): 木原 伸浩
  • Industrial Property Rights Holder: アデカ株式会社
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2023-114848
  • Filing Date: 2023
• [Patent(Industrial Property Rights)] 連結型ビニルポリマー化合物及びその製造方法、それを用いたプラスチック製品及びその分解処理方法、並びに接合体の分離方法 (2023)
  • Inventor(s): 木原 伸浩
  • Industrial Property Rights Holder: 木原 伸浩
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2023-056348
  • Filing Date: 2023
• [Patent(Industrial Property Rights)] ポリマー化合物の分解方法、分解性接着剤組成物及びそれを用いてなる接合体の分離方法、分解性塗料組成物及びそれを用いてなる塗膜の除去方法、並びに繊維強化プラスチックに含まれる繊維を回収する方法 (2022)
  • Inventor(s): 木原 伸浩
  • Industrial Property Rights Holder: 木原 伸浩
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Patent Publication Number: 2024-045015
  • Filing Date: 2022
  • Acquisition Date: 2024
• [Patent(Industrial Property Rights)] 高分子化合物及びその分解方法、その高分子化合物を含むプラスチック製品、繊維強化プラスチックとそれに含まれる繊維を回収する方法、並びにポリエステル、ポリウレタン又はポリカーボナートの製造方法 (2022)
  • Inventor(s): 木原 伸浩
  • Industrial Property Rights Holder: 木原 伸浩
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2022-104626
  • Filing Date: 2022
  • Overseas
• [Patent(Industrial Property Rights)] ポリマー化合物の分解方法、分解性接着剤組成物及びそれを用いてなる接合体の分離方法、分解性塗料組成物及びそれを用いてなる塗膜の除去方法、並びに繊維強化プラスチックに含まれる繊維を回収する方法 (2022)
  • Inventor(s): 木原 伸浩
  • Industrial Property Rights Holder: 木原 伸浩
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2022-150423
  • Filing Date: 2022
• [Patent(Industrial Property Rights)] 繊維強化プラスチック、及びそれに含まれる繊維を回収する方法 (2022)
  • Inventor(s): 木原 伸浩
  • Industrial Property Rights Holder: 木原 伸浩
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2022-025866
  • Filing Date: 2022