斬新なリサイクルプロセスが古いプラスチックに新たな命を吹き込む：研究者たちはポリウレタンを分解し、再構築して新しいフォームを作る

2023 年 8 月 29 日

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ノースウェスタン大学による

ポリウレタンプラスチックは遍在しており、マットレスから靴に至るまであらゆる場所で使用されています。 しかし、これらの製品が不要になると、これらの物質は世界中の埋め立て地や海洋に散らばることになります。

今回、ノースウェスタン大学の研究者グループは、最も一般的なプラスチックの1つであるポリウレタンフォームの新しいリサイクル方法を開発した。この方法は、8月27日に雑誌「Macromolecules」に掲載された論文で説明されているように、無毒で環境に優しい触媒を使用する。

このプロセスには、ジルコニウムベースの触媒の存在下で加熱し、発泡剤を導入した後、ポリウレタンの再処理と「再発泡」を同時に行う化学反応が含まれます。 リサイクルされたフォームは、耐久性と構造的および化学的完全性を維持しました。 このプロセスは、今月初めに『Advanced Materials』誌に掲載された関連論文で説明されています。

ノースウェスタン大学ワインバーグ芸術科学大学のロバート・L・レシンガー化学教授ウィリアム・ディクテル氏は研究チームを率い、この画期的な発見を「大きな前進」と呼んだ。 循環型ライフサイクルを持つプラスチックが生産されると、それらは将来の経済の重要な部分になります。

「この触媒アプローチを必要とするポリマーの種類は、熱硬化性ポリマー、または架橋ポリマーと呼ばれます」と、ノースウェスタン大学ポーラ・M・トリエネンス持続可能性エネルギー研究所の教員所属であるディクテル氏は述べた。 「熱硬化性樹脂は耐久性と安定性に優れているため重要ですが、これらの特性はリサイクル性を犠牲にしています。熱硬化性樹脂をリサイクルする新しい方法は、温室効果ガスの排出を削減し、エネルギーを節約し、埋立地の使用を削減します。」

この「循環ライフサイクル」とは、一度使用したら廃棄または破壊するのではなく、品質と価値の損失を最小限に抑えて再処理または再製造される材料を指します。

従来のポリマープラスチックのリサイクルでは、プラスチックを溶かし、新しい用途のために鋳造する必要があります。 しかし、スプレーフォーム断熱材、自動車の内装、衣類などのポリウレタンなど、より耐久性の高いプラスチックは、架橋構造のため溶けません。

ディクテルと彼のチームは、キッチンブレンダーを使用して材料をより小さな断片に混合した後、材料にジルコニウムベースの触媒を組み込むことにより、既存のポリウレタンフォーム製品をリサイクルして再成形する方法を開発しました。 彼らは以前、このプロセスでスズベースの触媒に依存していましたが、これらの触媒は毒性が強すぎるため、これ以上研究することはできません。

ポリウレタンが加熱されると、ジルコニウム触媒がその結合を再配置し、材料の再形成を可能にします。 同時に発泡剤と呼ばれる物質により新たな気泡が発生し、プラスチック内に閉じ込められます。 このようにして、通常は 1 回しか使用されない古いポリウレタン フォームが、新しい再形成フォームに変換されます。

この発見は、ポリウレタンフォームを固体プラスチックにリサイクルする方法を確立したディクテルの以前の研究に基づいています。 これらの結果は、ポリウレタンの真円化に向けた重要な一歩となりました。 ただし、研究で製造された固体プラスチック製品は商業的に使用されていません。 あるフォームを別のフォーム製品にリサイクルする能力は、はるかに重要になると予想されており、大手ポリウレタンメーカーである BASF の科学者との重要な協力によって可能になりました。

研究によると、この新しい技術の影響は世界規模に及ぶという。 この発見は、使用済みのポリウレタンフォーム製品や未使用の産業廃棄プラスチックに応用できる可能性がある。