環-鎖平衡を利用した芳香族高分子材料のケミカルリサイクル技術の開発

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K19877
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 木村 邦生 岡山大学, 環境生命科学研究科, 教授 (40274013)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山崎 慎一 岡山大学, 環境生命科学研究科, 准教授 (40397873) ; 新 史紀 岡山大学, 環境生命科学研究科, 助教 (40723268) ; 内田 哲也 岡山大学, 自然科学研究科, 准教授 (90284083)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2021-03-31
• Keywords: ケミカルリサイクル / 高性能高分子 / スーパーエンプラ / 環-鎖平衡反応

Outline of Annual Research Achievements

芳香族ポリイミド，芳香族ポリアミド，液晶性全芳香族ポリエステル，芳香族ポリエーテルスルホンなどのスーパーエンジニアリングプラスチックは，自動車材料，航空宇宙材料や電気電子材料などに広く使用されている．しかし，プラスチックの使用量が増すにつれ，廃プラスチックによる環境問題が顕在化してきており，スーパーエンプラにおいても廃棄後の再利用や再生が求められる．マテリアルリサイクルとケミカルリサイクルを効率的に組み合わせることで資源としてのリサイクル性を向上できるが，高性能なスーパーエンプラでも使用環境下での分解に伴う性能劣化は避けられず，マテリアルリサイクルには限界がある．よって，ケミカルリサイクルが重要となってくる．しかし，原料モノマーまで分解する従来のケミカルリサイクルでは，工程数の多さと煩雑さから経済的に機能していないのが現状である．そこで，スーパーエンプラの環-鎖平衡を利用して廃スーパーエンプラを環状オリゴマーに変換し，必要に応じて開環重合によりポリマーを再生するという新しい省エネルギー型ケミカルリサイクル技術の開発を目指す．平成30年度は対象を芳香族芳香族ポリエステルとし，環状オリゴマーへの変換効率が高いと考えられるカルド型ジオールと2,5-フランジカルボン酸系ポリエステルを検討した．ポリエステルの重合条件を検討し，構造の異なる5種類のポリエステルを合成することができた．重合過程で生成するオリゴマーをTOF-MASSにて測定したところ，環状エステルの生成は明確には観察されなかった．環－鎖平衡の可能性はあるが，環化しやすいと考えられるカルド型ポリエステルでも重合過程で環状オリゴマーの生成を経由する可能性は低いことが分かった．ポリエステルにおいては，求核性の高い水酸基末端が自己環化反応には有効であると考え，水酸基末端ポリエステルの調製を行っている．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

高分子量の芳香族カルド型ポリエステルが調製できる重合条件を決定することができ，化学構造の異なる5種類のポリエステルを合成した．環化反応の起こりやすさを調べるために，重合過程で生成した低分子ポリエステルを分析したところ，環状エステルの生成は明確には見られなかった．末端基のバックバイティング反応による環化反応機構を考え，末端水酸基濃度の高いポリエステルを両官能基の等モル性を崩すことによって調製している．反応溶媒，反応濃度，触媒種等の環化条件を探索する．また，ポリエステルのみではなく，平成31年度の計画しているフラン環を含む芳香族ポリエーテルケトンについても合成を開始し，2種類の芳香族ポリエーテルケトンを調製することができている．環状オリゴマーの調製条件は検討中であるが，化学構造の異なる高分子量の線状ポリマーは調整できており，おおむね順調に進展していると判断した．

Strategy for Future Research Activity

平成30年度に実施した芳香族カルド型ポリエステルに関して，末端基種や濃度が環化反応に与える影響を調べるとともに，反応溶媒，反応濃度，触媒種等の環化条件を検討して環状エステルへの転換効率を上げる．更には，環状オリゴマーの開環重合を行い，高分子量体が得られる条件を明らかにする．また，先取りをして始めた芳香族ポリエーテルケトンに関しても，環化反応の条件探索を行い，環状エーテルケトンの転換効率と反応条件との関係を明らかにする．更には，環状エーテルケトンの開環重合を行い，重合条件の最適化を検討する．

Causes of Carryover

今年度は，環―鎖平衡反応を検討する際の母体となる線状芳香族ポリエステルと環状芳香族ポリエーテルケトンの調製を重点的に実施した．調製した線状芳香族ポリエステルの環化反応の検討には入ったが，次年度に継続検討が必要である．次年度は線状芳香族ポリエステルの検討をすることに加えて，環状芳香族ポリエーテルケトンの環状オリゴマー生成条件の検討も行う予定である．これら環状オリゴマーの解析には質量分析が必要であり，学外機関の質量分析装置による測定となるため，その費用として次年度に使用したい．