| 研究課題/領域番号 |
23K23397
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| 補助金の研究課題番号 |
22H02129 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分35010:高分子化学関連
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| 研究機関 | 信州大学 |
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研究代表者 |
高坂 泰弘 信州大学, 学術研究院繊維学系, 准教授 (90609695)
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| 研究分担者 |
赤江 要祐 信州大学, 繊維学部, 日本学術振興会特別研究員 (40837415)
川谷 諒 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 助教 (50911947)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2024年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2023年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2022年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
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| キーワード | ケミカルリサイクル / 高分子分解 / 主鎖切断反応 / 環状ビニルモノマー / 解重合 / ラジカル重合 / 熱分解 / 懸濁重合 / 資源循環 / 共重合 / 開環重合 / 共役置換反応 / カチオン重合 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
プラスチックごみの削減を図る上で，高分子材料を分子レベルで分解し，原料物質を再生，プラスチックを再合成するケミカルリサイクルが期待されています．本研究では，従来困難とされてきたビニル系プラスチックのケミカルリサイクルを，新しい戦略で設計した原料を使用して目指します．同時に，1つの原料からビニル系プラスチックとポリエステルという，異なる性質のプラスチックを誘導し，さらにこれらを同一原料に再生する技術の開発も行います．学術的な基礎研究であることから，資源循環を念頭にした新しい原料を積極的に採用し，高分子材料の化学構造を根本から見直すことを提起します．
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| 研究実績の概要 |
3-メチレンフタリドを用いた循環可能なビニルポリマーの分解機構を明らかにした．この知見から，芳香環に種々の置換基を導入したモノマーついて精査し，物性が異なるビニルポリマーを得ながらも，それらの分解では同一の原料に回帰する資源循環システムを構築することに成功した．
一方，かさ高い環状アクリルモノマーを重合し，側基変換を起点に解重合を促す戦略で種々のモノマーを設計したが，モノマーの安定性や重合性に課題があった．一連の検討の中で，メタクリル酸トリフェニルメチル (TMA) と，メタクリル酸メチル (MMA) の共重合体が250～270 °Cで熱分解し，MMAを再生することを見出した．この現象は，TMAの熱分解による脱炭酸を起点とする解重合で説明できる．そこで，TMAを1~10 mol%含む，数平均分子量が10万以上の高重合度ポリマーを合成し，ケミカルリサイクル性を検証した．TMAを3~5 mol%共重合したポリマーでは，成形加工性や透明性を維持しながら，機械強度の向上が見られ，270 °Cで減圧加熱すると，高収率でMMAが再生することがわかった．また，市販のアクリル樹脂を側基変換して，一部をトリフェニルメチルエステルに置換しても，熱分解によるMMAの回収が実現した．
また，環状ケテンアセタールエステルを利用したビニルポリマーの資源循環を目指すテーマでは，まず，従来の塊状重合から，より実践的な重合法である懸濁重合への転換を試みた．単独ではモノマーが加水分解する課題があったが，疎水性モノマーとの共重合や，疎水性置換基の導入により，懸濁重合が実現した．
環状アクリレートの開環重合を利用するテーマでは，5種類の天然由来ヒドロキシカルボン酸から，環状アクリレートを合成した．このうち，溶解性に優れ，結晶構造解析が完了した1種について，開環重合の検討を進める．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究は挑戦的な内容を多く含むため，「3-メチレンフタリド（環状スチレン）」「環状アリールアクリレート」「環状アクリレート」「環状ケテンアセタールエステル」の4つのテーマを同時に検証し，リスク分散を図りながら命題に取り組む形式を採用している．このうち，「3-メチレンフタリド（環状スチレン）」のテーマでは先行して結果が得られ，当初計画をほぼ完遂した．「環状アリールアクリレート」は昨年度の時点で想定された課題の解決が困難であると判断し，今年度は抜本的な軌道修正を図った．その結果，メタクリル酸トリフェニルメチルを用いたアクリル樹脂のケミカルリサイクルを実証し，ポリマーのリサイクル性や基礎物性の評価も完了した．このように分子設計の修正は要したものの，当初計画を完遂した．「環状アクリレート」「環状ケテンアセタールエステル」は計画通りに研究が進んでいる．全体的には，一部当初計画の修正を要したため，「（2）概ね順調」と評価した．
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| 今後の研究の推進方策 |
最終年度のため，新規モノマーの探索は実施せず，これまで得たモノマーを用いて重合性・循環性の評価を進める．また，これまで見出した現象に関する論文執筆，成果発表にも重点を置く．
具体的には，「3-メチレンフタリド（環状スチレン）」「メタクリル酸トリフェニルメチル」のテーマは重要な実験を終えているため，早々に論文発表する．「環状アクリレート」「環状ケテンアセタールエステル」のテーマは，モノマー自体が新規なので，その合成，重合や生成ポリマーの性質でまとめて成果発表する．そのために，不足している重合と基礎物性評価を進める．
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