최고 연구원 미나미 야스 노리 (Minami Yasunori), 실리콘 화학 팀, 국립 선진 산업 과학 기술 연구소 (이하 "AIST")는 재활용을 어렵게 만들고 있습니다슈퍼 엔지니어링 플라스틱를 직접 분해하는 기술을 개발했습니다 (이하는 "슈퍼 엔지니어링 플라스틱"이라고 함) 원자재로 여기에서 생산 된 바카라 룰 중 하나입니다비스페놀 S슈퍼 엔지니어링 플라스틱을 구성하고 합성을 위해 재사용 할 수있는 범용 바카라 룰입니다
슈퍼 엔지니어링 플라스틱은 높은 내열성과 기계적 강도가 필요한 제품에 널리 사용됩니다 반면에 바카라 룰를 구성하는 화학적 결합은 강력합니다
모노머로 분해하는 것은 쉽지 않으며 재활용 기술이 확립되지 않았습니다 이번에 개발 된 기술을 사용하여 슈퍼 엔지니어링 플라스틱은 150 ° C의 온화한 온도 조건에서 분해 될 수 있으며, 이는 가스화에 필요한 온도 (600 ºC 이상) 및 임계 수 (약 250 ° C, 대략 10-20 MPa)의 분해보다 훨씬 낮습니다 이 분해 기술은 안정적인 바카라 룰 재료 재활용 기술을 설립 할 수있는 길을 열어 지속 가능한 사회의 실현에 기여할 것으로 예상됩니다 이 기술에 대한 자세한 내용은 2023 년 8 월 17 일 (일본 시간)의 다음 주제를 참조하십시오
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소위 슈퍼 엔지니어링 플라스틱 인 고성능 열가소성 바카라 룰는 화학 저항성 및 기계적 강도 측면에서 내열성이 높고 성능이 뛰어납니다 이 슈퍼 엔지니어링 플라스틱 중에서폴리 설폰 (PSU),Polyethersulfone (PESU),폴리 페닐 서폰 (PPSU)와 같은 폴리 설폰 바카라 룰 화학 저항성을 사용하는 의료 제품, 전기 및 내열을 사용하는 전자 장비 부품 및 가수 분해 저항성을 사용하는 식품 가공 필드와 같은 재료의 안전성이 필요한 제품에 널리 사용되며 기능적 구성 요소로 성장할 것으로 예상됩니다 반면에, 플라스틱이 환경에 넣는 큰 하중이 강조되며, 환경 영향이 낮은 재활용 기술도 폴리 설폰 바카라 룰와 같은 슈퍼 엔지니어링 플라스틱에도 바람직합니다 그러나 수퍼 엔지니어링 플라스틱의 화학적 안정성이 높기 때문에 원료를 분해하고 재생하는 것은 어렵습니다
이 연구 팀은 슈퍼 엔지니어링 플라스틱화학적 재활용우리는 화학 반응을 사용하여 분해 반응에 대한 연구를 촉진하고 있습니다 지금까지, 용매에 불용성Polyether Ether Ketone (Peek)and폴리 페닐 렌 설파이드 (PPS)소분자에게중합 반응와 같은 특정 슈퍼 엔지니어링 플라스틱의 화학적 재활용을 보여주었습니다
이 연구에서, 우리는 폴리 설폰 바카라 룰가 그 구조에 비스페놀 유형 S 형 골격이 있다는 사실에 초점을 맞추었다 비스페놀 S는 PESU의 원료뿐만 아니라 하이드 록실기를 전환시킴으로써 다양한 폴리 설폰 바카라 룰의 원료로서 사용될 수있는 분자이다 우리는 폴리 설폰 바카라 룰를 분해하고 비스페놀을 효율적으로 얻을 수 있다면 폴리 설폰 바카라 룰의 화학적 재활용에이를 적용 할 수 있다고 생각했다 따라서, 폴리 설폰 바카라 룰로부터 비스페놀을 효율적으로 생성하기 위해, 본 발명자들은 PSU, PESU 및 PPSU의 탄소 산소 결합을 선택적으로 절단하는 새로운 탈 중합 반응을 개발 하였다
이 연구 개발은 일본 과학 기술 기관 (JST) Erato의 Nozaki Resin Decomposition Catalyst Catalyst Project (JPMJER2103) 및 Iketani 과학 및 기술 프로모션 재단에 의해 지원됩니다
탈 중합 반응의 발달에서, 그것은 매우 기본적이고 하이드 록시 그룹을 제공합니다Nucleophile로 알려진 알칼리 수산화물에 중점을 두었습니다 PSU가 알칼리 하이드 록 사이드로 분해 될 수 있다면Bisphenol A비스페놀 S를 얻을 수있다 다른 한편으로, 물은 알칼리 수산화물을 사용한 탈 중합 반응에 의해 생성되는 것으로 예상되었고, 결과적인 물에 의해 반응 효율이 감소하므로 적절한 반응 조건이 발견되었다 이 개념에 기초하여, 본 발명자들은 1,3- 디메틸 -2- 이미 미다 졸리 디논 (DMI)의 안정적인 높은 끓는 용매에서 hydroxide 및 핵형 세움 및 탈수 제 수 소화 방지에 대한 믹스에 믹싱 된 하이 드레이팅 수 소화기와 함께 펠렛-유사 (약 2 mm 크기) PSU를 혼합함으로써 탈 중합 반응을 선택적으로 성공적으로 진행시켰다 이것은 600 ° C 이상의 플라스틱의 정상 가스화 온도, 열분해 온도 400 ~ 500 ° C, 그리고 약 250 ° C를 사용한 분해 온도보다 훨씬 낮은 온도입니다 PSU에 대한 19 시간의 반응 후 추출 작업을 수행함으로써 (도 1의 왼쪽), PSU 및 폴리 카보네이트와 같은 다양한 플라스틱의 바카라 룰로서 종종 사용된다비스페놀 분자: 비스페놀 A와 비스페놀 S로 분리되어 회수 할 수 있습니다 (그림 1) 또한, 비스페놀 S의 하이드 록실 그룹을 전환시킴으로써, 우리는 비스페놀 분자 : 비스 (4- 플루오로 페닐) 술포를 합성 할 수있다 이 단량체는 PSU의 바카라 룰뿐만 아니라 PESU 및 PPSU의 바카라 룰로서 사용될 수 있으며 다양한 유기농 제품의 바카라 룰이기도합니다 이 방법은 비스페놀의 합성을 포함 할뿐만 아니라 다양한 플라스틱 바카라 룰에 사용할 수있는 단량체로의 전환을 허용하므로 PSU의Upcycle Method일 수도 있습니다
우리는 또한이 결과의 탈 중합 조건을 조사했으며, 탈수제로서 칼슘 수 소화물을 필요로하지 않는 반응 조건의 감소에도 불구하고, 반응 효율이 감소되었지만, 비싼 cesium hydroxide와 같이 고가의 hydroxide와 같은 다른 저렴한 히드 록 사이드를 사용한 반응 조건의 감소에도 불구하고 탈퇴 반응이 진행됨을 밝혀냈다
그림 1 비스페놀으로의 PSU의 해상 중합
*우리는 원본 용지에서 인용되고 수정 된 그림을 사용합니다
이번에 우리가 발견 한 중합 반응은 PSU뿐만 아니라 PESU 및 PPSU와 같은 다른 폴리 설폰 바카라 룰도Polyether Ether Sulfone (Pees), 엿보기에도 적용 할 수 있습니다 예를 들어, PESU가 150 ℃에서 4 시간 동안 적절한 양의 세슘 수산화물 및 DMI와 반응하는 경우, 비스페놀 S는 90% 이상의 수율로 얻을 수있다 (도 2 상단) 우리는 또한 상업적으로 이용 가능한 PPSU 베이비 병의 경우, 병이 작은 조각으로 자르고 적절한 양의 수산화물, 히드로 라이드 및 DMI를 사용하여 비스페놀 S 및 4,4'- 디 하이드 록시 비 페닐을 함유하는 탈 중합 혼합물을 사용하여 탈퇴 할 때 수득 될 수 있음을 입증 하였다 (도 2 바닥)
그림 2 PESU, PPSU의 비스페놀으로의 탈 중합
*우리는 원래 논문에서 인용되고 수정 된 일러스트레이션을 사용합니다
이 연구는 PSU, PESU 및 PPSU와 같은 다양한 슈퍼 엔지니어링 플라스틱의 해중 중합 반응을 발견했으며 각 단량체 인 비스페놀은 회수 될 수 있음이 밝혀졌습니다 이 연구를 바탕으로, 우리는 해상 중합 반응을 개선하고, 해상 중합 반응에 적합한 촉매를 개발하고, 슈퍼 엔지니어링 플라스틱 이외의 경화성 플라스틱의 탈 중합 반응을 개발하고 사회에서 구현하는 것을 목표로한다
게시 된 잡지 :Jacs au
종이 제목 : 옥시 페닐 렌 기반 슈퍼 엔지니어링 플라스틱의 하이드 록 실화-흡수체를 재생성하는
저자 : Yasunori Minami,* Yuuki Inagaki, Tomoo Tsuyuki, Kazuhiko Sato 및 Yumiko Nakajima
doi : 101021/jacsau3c00357