炭酸水を用いた加水分解によるケミカルリサイクル法の開拓
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21K05151
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 34030:Green sustainable chemistry and environmental chemistry-related
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| Research Institution | Nagasaki University |
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Principal Investigator |
本九町 卓 長崎大学, 工学研究科, 助教 (70404241)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | ポリウレタン / ケミカルリサイクル / 廃棄高分子 / 二酸化炭素 / リサイクル / 炭酸 |
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| Outline of Research at the Start |
環境低負荷なケミカルリサイクル法の確立を目的としている。水と二酸化炭素は、環境負荷の低い物質である。これらが反応して生成する炭酸水もまた、広く一般に飲料水として広まっている。
炭酸は、これまでに用いられた高分子のケミカルリサイクルに用いられる一般的な薬品とは異なり、望まない副反応などは誘起しない環境負荷の低い物質である。
申請者は、上述の炭酸を用いた酸性条件で誘起される化学反応を利用して、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミドなどを加水分解することで、ケミカルリサイクル法を確立する。対象としているプラスチックは、海洋プラスチックごみとして大きな割合を有し、本研究課題の達成は極めて重要な課題である。
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| Outline of Annual Research Achievements |
持続可能な社会構築を目指しての取り組みは、環境問題への意識の高まりからリサイクルへの関心が高まっている。特にプラスチックを対象とする問題は、原料においては化石資源の枯渇、製品については環境ホルモンや劣化に対する耐久性の向上、そして廃棄される際には、高い耐久性が故の環境への長期の負荷ならびに最近では、マイクロプラスチックに代表されるような以前ではそれほど大きく取り正されなかった問題が発生している。このような中で、化石資源の枯渇や環境負荷を解決するために大きく貢献すると考えられるケミカルリサイクル技術の確立がある。しかしながら、高い耐久性を持ち、様々な環境にさらされたことで多くの混合物となった廃棄プラスチックを分解しうる技術開発は大きく遅れていると言わざるを得ない。今後、再生可能エネルギーやクリーンエネルギーといわれるように石油を素としないエネルギー開発がさらに進めば、原油価格の高騰によるプラスチック製品もそれに伴い価格が上昇することは想像に難くない。
炭酸を発生させるための水と二酸化炭素は、環境負荷の低い物質である。これらが反応して生成する炭酸水もまた広く一般に飲料水として広まっている。炭酸は、これまでに用いられた高分子のケミカルリサイクルに用いられる一般的な薬品とは異なり、環境負荷がほぼ無いといってよい。一般的に弱酸として認識されているが、特定の条件を設けることで塩酸や硫酸で行っている酸性条件下での反応を誘起しうることを見出した。さらに炭酸は、常圧とするだけで媒体である水が中性となる。すなわちこれまでの酸触媒と異なり、中和の操作が不要であるばかりか、当然のことながら中和塩が発生しえない。このようなこれまでの酸触媒では実現しえない系において、高分子を副反応を伴うことなく加水分解することが確認された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
コロナ禍のため大学の入構がしばしば規制されたものの、2020-2021年度ほどの強い規制は成されなかったことが幸いし、研究活動が可能であった。炭酸水を用いた加水分解反応における種々の条件設定ならびに速度論的解釈はスムーズであった。それに加えて化学構造の影響が予想よりもはるかに支配的であるという知見が得られた。これをもとに検討を重ねたところ、想定していた以上に理想的な加水分解法であることを見出した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの成果から、ポリオールの化学構造が本炭酸水での加水分解へ及ぼす影響は主に親水性（疎水性）に依存することが見いだされた。さらに、架橋構造が加水分解挙動へ及ぼす強い影響を及ぼしていると結論には至った。このことは研究を開始する時点では想定していなかった興味深い挙動である。そこで、一次構造のみならず、架橋構造の導入（ここでは、化学的架橋にとどまらず物理的架橋（水素結合や相分離など）も考慮している）は、低分子ならびにオリゴマーにおける加水分解とは全く異なる挙動を示した。そこで、同一原料からなる化学架橋密度の異なるポリウレタンを調製し、系統的な化学架橋構造の影響を明らかとした。この際に、ウレタン構造を架橋点に有する架橋高分子とウレタン構造を架橋点以外に持つ高分子を別途合成した。これにより、炭酸による加水分解においての架橋密度の影響のみならず、架橋構造の違いによる影響を評価した。得られた知見から高分子の分子運動性との相関を評価したところ分子運動性と化学構造が加水分解性へ及ぼす影響は想定していた挙動と異なることが明らかとなりつつある。また反応効率に影響を及ぼす新たな因子を見出しつつあるのでこれを検証していく。
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Report
(2 results)
Research Products
(19 results)
