合成樹脂(プラスチック)、合成ゴム、合成繊維、塗料、接着剤などに応用される合成高分子は20世紀の新素材である。50年代に開発されたZiegler-Natta触媒によって産業が急速に発展し、今や石油(原油)の4～6%を原料として、その世界生産量は4億トンを超えている。しかしながら、高度な物質文明を支えるこれらの合成高分子素材は70年代の第一次オイルショック(化石資源枯渇)、90年代における温暖化による地球環境保全(気候変動)に加え、昨今、海洋プラスチックごみ(生物多様性)に端を発し、G20サミットでも取り上げられた喫緊の諸問題として、世界的な解決に向けた生産(廃棄)量の抜本的な削減対策が求められているだけでなく、その存在意義が問われている。
本書ではこれらの諸問題を本質的に解決できると期待される、高分子素材のリデュース活動、軽量化、耐久性向上による長期使用のための高性能化、廃プラのマテリアル(材料)リサイクルおよびモノマーや重合性オリゴマーに戻すケミカルリサイクル、さらには再生可能資源として期待される天然素材(原料や高分子)などのバイオプラスチックに関する科学と技術に焦点を当て、グリーンケミストリー(Green Chemistry、GC)の観点から注目される要素技術を紹介する。具体的には、第1編の総論において資源循環の現状について俯瞰し、第2編はプラスチックなどに利用される高分子素材の合成に関するGCの要素技術をピックアップした。第3編と4編ではマテリアルリサイクルとケミカルリサイクルの実際と題してできるだけ現業をそれぞれ取り上げた。さらに第5編は再々注目されている再生可能バイオプラスチック(バイオベースプラスチックと生分解性プラスチック)の科学と技術に注目した。
目次
【第 I 編 総論-資源循環の現状-】
第1章 プラスチックの資源循環の課題
1 はじめに
2 プラスチックの取巻く現状
3 海外にけるプラスチック処理の状況
4 国内のプラスチックリサイクルの現状
5 廃プラスチックリサイクルの新しい道筋
6 おわりに
第2章 プラスチックを取り巻く環境問題・リサイクル問題
1 はじめに
2 容器包装における環境問題・リサイクル問題
3 「海洋プラスチック問題」とプラスチックの環境問題
4 欧州発のサーキュラー・エコノミー(循環経済)の考え方
5 欧州におけるニュー・プラスチック・エコノミーの概要と最新動向
6 EUにおける使い捨てプラスチックの容器包装に対する規制
7 日本国内における先進的な取り組み事例
8 プラスチックのリサイクル問題
第3章 繊維強化プラスチック(FRP)のリサイクルの最新動向
1 背景
2 GFRPのリサイクル
3 CFRPのリサイクル
3.1 熱分解法
3.2 ソルボリシス法
3.3 電解酸化
3.4 機械的手法
4 まとめ
第4章 国際的なプラスチック管理の最新動向
1 はじめに
2 国際的なプラスチック管理の最新動向
2.1 世界のプラスチック廃棄物の現状について
2.2 国際的な枠組み
2.3 各国対策状況
2.4 民間企業や企業間連携の事例
3 国際的なプラスチック廃棄物問題について
3.1 プラスチック廃棄物問題はなぜ起こったのか?
3.2 プラスチック対策について
4 プラスチック問題解決に向けて
【第 II 編 合成】
第5章 バイオエタノール由来プロピレンを基幹とする炭素資源循環
1 はじめに
2 開発触媒の活性
2.1 ニッケルイオン担持シリカメゾ多孔体(Ni-M41)
2.2 酸化イットリウム-酸化セリウム固溶体(Y2O3-CeO2)
2.3 スカンジウム担持酸化インジウム(Sc/In2O3)
3 エタノールがプロピレンへ転換する機構
3.1 Sc/In2O3
3.2 Ni-M41およびY2O3-CeO2
4 おわりに
第6章 無機固体担持試薬を用いるアクリルアミド類の選択的合成
1 はじめに
2 アクリルアミド類
3 アクリルアミドの工業的製法
4 N-置換アクリルアミドの合成
4.1 アクリロイルクロリドを用いる手法
4.2 Ritter反応を用いる手法
5 おわりに
第7章 ポリオレフィンの接触分解による低級オレフィンおよび芳香族炭化水素の選択的合成
1 はじめに
2 ポリオレフィンの分解における触媒の効果
3 高選択性触媒の開発
4 低級オレフィン化触媒
5 触媒活性と酸性質
6 芳香族化触媒
7 ポリプロピレンの分解
8 化学工業の変遷とケミカルリサイクル
9 おわりに
第8章 精密熱分解による末端反応性オリゴマーの選択合成に関する新機構
1 はじめに
2 精密熱分解法の特徴と末端反応性オリゴマー生成機構
3 選択合成ための新熱分解機構
4 まとめ
第9章 重合技術によるポリプロピレンの高性能化・高機能化
1 はじめに
2 isoPP連鎖を有するブロック共重合体の合成と性質
2.1 ビス(フェノキシケチミン)チタン錯体
2.2 ジアミンビス(フェノキシ)ジルコニウム錯体
2.3 (シクロペンダジエニル)アミジナートジルコニウム(ハフニウム)錯体
2.4 ピリジルアミドハフニウム錯体
2.5 C2対称ニッケルジイミン錯体
3 官能基化isoPPの合成と応用
3.1 保護処理を施した極性モノマーとの共重合による極性基の導入
3.2 非極性官能基を有するコモノマーとの共重合
4 おわりに
第10章 両末端反応性ポリプロピレンを用いた新規共重合体の開発
1 はじめに
2 両末端反応性ポリプロピレンについて
2.1 イソタクチックポリプロピレンの特性の本質
2.2 精密熱分解による両末端二重結合
2.3 両末端官能基化ポリプロピレン
3 新規共重合体の合成
3.1 逐次重合による共重合体の合成
3.2 リビングアニオン開環重合による共重合体の合成
3.3 リビングラジカル重合による共重合体の合成
4 おわりに
第11章 ポリスチレンの2サイクルケミカルリサイクル:ポリスチレン熱分解物スチレンダイマーとスチレントリマーからなるポリマーの熱分解
1 緒言
2 実験
2.1 試薬
2.2 操作
2.3 測定
3 結果と考察
3.1 SDとMMI,CHMI,PMI,MPMI,または,APMIとのラジカル共重合,STとPMIとのラジカル共重合,およびStとPMIとのラジカル共重合による各コポリマーの合成
3.2 poly(SD-co-MMI),poly(SD-co-CHMI)とpoly(SD-co-PMI)の熱分解
3.3 poly(SD-co-MPMI)とpoly(SD-co-APMI)の熱分解
3.4 poly(ST-co-PMI)とpoly(St-co-PMI)の熱分解
4 結論
第12章 求核体を用いたポリ塩化ビニルの化学修飾
1 はじめに
2 PVCの脱塩素反応と置換反応
2.1 PVCの脱塩素反応
2.2 PVCの置換反応
3 KSCNを用いたPVCの化学修飾
3.1 FT-IRによる構造解析
3.2 脱離反応の進行
3.3 反応温度の影響
3.4 THFとDMSOの混合比の影響
3.5 KSCN濃度の影響
3.6 反応時間の影響
3.7 TBAB添加の影響
4 おわりに
第13章 新規相溶化剤を用いたリグノセルロース繊維複合材料とリサイクル炭素繊維複合材料の開発
1 はじめに
2 バイオマス繊維とリサイクル炭素繊維
2.1 バイオマス繊維
2.2 リサイクル炭素繊維
3 相溶化剤
3.1 新規相溶化剤(アイソタクチックポリプロピレン-ポリアクリル酸)
4 繊維強化複合材料
4.1 二軸押出機を利用したバイオマス繊維のワンポットプロセスの開発
4.2 LCNF/プラスチック複合化
4.3 LCNF/PP複合材料の力学物性
5 CF/PP複合材料の新規相溶化剤iPP-PAAの界面接着性の効果
5.1 相溶化剤/PP複合化
5.2 マイクロドロップレット(Microdroplet:MD)法
5.3 フラグメンテーションテスト(Fragmentation test:FT)法
6 おわりに
【第 III 編 マテリアルリサイクルの実際】
第14章 家電系廃ポリプロピレンの自己循環型マテリアルリサイクル技術
1 はじめに
2 廃プラスチックマテリアルリサイクルの概要
2.1 資源循環型マテリアルリサイクル
2.2 プラスチックの劣化と安定化
2.3 自己循環型マテリアルリサイクルの課題
3 自己循環型マテリアルリサイクル技術
3.1 余寿命評価と寿命改善
3.2 リサイクル材料の品質管理
4 繰り返しマテリアルリサイクルの検証
5 異樹脂の相容化技術
5.1 PP純度による物性の変化
5.2 SEBSの配合効果
6 おわりに
第15章 事務機器製品における資源循環促進とマテリアルリサイクルの現状と課題
1 はじめに
2 環境適合設計技術の取り組み
3 回収プロセスを効率化するシステム技術
4 リユース向け再生技術
4.1 消去技術の開発(セキュリティ技術)
4.2 ドライ洗浄技術
4.3 循環型エコ包装の活用
4.4 余寿命診断の評価技術
4.5 保守部品リユースへの展開
4.6 リユース製品(再生機)による効果
5 マテリアルリサイクルの現状と課題
5.1 OA機器へ再生プラスチック搭載の変遷
5.2 回収した自社機を活かしたプラスチッククローズドマテリアルリサイクル(PCMR)技術
5.3 市販回収材を活用した再生プラスチック技術
5.4 省資源化材料としてのバイオマスプラスチック技術
5.5 今後の展開
第16章 家電・自動車リサイクル法での最終残渣プラスチックのマテリアルリサイクル
1 はじめに
2 廃家電由来混合破砕プラスチックのリサイクル
2.1 対象物の性状
2.2 選別処理フロー
2.3 高度選別技術
2.4 再生樹脂の評価
3 ASR由来プラスチックのリサイクル
3.1 対象物の性状
3.2 選別処理フロー
3.3 再生樹脂の評価
4 まとめ
【第 IV 編 ケミカルリサイクルの実際】
第17章 ポリエステルのケミカルリサイクル
1 はじめに
2 資源循環特性に優れたポリエステル
3 ケミカルリサイクル性材料としてのポリ乳酸
3.1 加水分解によるケミカルリサイクル
3.2 高温高圧水によるケミカルリサイクル
3.3 常圧過熱水蒸気によるケミカルリサイクル
4 熱分解によるリサイクル
4.1 ポリエステルの熱分解の特徴
4.2 ポリエステルの解重合触媒
4.3 ラセミ化の制御
4.4 難燃性とケミカルリサイクルの両立
5 複合体からの選択的解重合
5.1 ステレオコンプレックスからの選択的解重合
5.2 ポリマーブレンドからの選択的解重合
6 まとめ
第18章 ポリウレタンならびにポリウレアの炭酸を用いたケミカルリサイクル
1 はじめに
2 ケミカルリサイクルにむけたポリウレタンおよびポリウレア(PUA)の分解法
2.1 酸としての炭酸
2.2 炭酸を用いたポリウレタンの加水分解
2.3 炭酸を用いたポリウレア(PUA)の加水分解
2.4 従来法と炭酸を用いた加水分解法との比較
3 おわりに
第19章 亜臨界・超臨界水によるポリアミドのケミカルリサイクル
1 はじめに
2 ナイロン6のモノマー化
3 アラミドのモノマー化
4 おわりに
第20章 架橋高分子の分解による資源化
1 はじめに
2 ICパッケージの再資源化
2.1 物理的破砕
2.2 焼却処理
2.3 ICパッケージ(B)の高温水処理
2.4 ICパッケージ(B)の高温水処理
2.5 ICパッケージ(C)の高温水処理
2.6 ICパッケージ(B)のアルコール処理
2.7 ICパッケージの脂肪族アルコール処理
2.8 エポキシ樹脂に対するアルコールの作用機構
3 フェノール樹脂成形材料の反応
3.1 フェノール樹脂モデル化合物の反応
3.2 発泡フェノール樹脂の反応
3.3 脂肪族アルコールを用いた反応
3.4 脂肪族アルコールによるフェノール樹脂の分解反応機構
4 おわりに
第21章 プラスチックの知能化リサイクルを目指したハイブリット分解システムの開発
1 知能化リサイクルとは
2 自動酸化劣化とドーマント種
3 ポリウレタンの知能化リサイクル
4 ポリスチレン中のヘキサブロモシクロドデカンの選択的分解
第22章 分子レゴブロックを基盤とする高分子のケミカルリサイクルシステムの開発
1 はじめに
2 分子レゴブロックを利用した重合/解重合性高分子の合成
2.1 分子レゴブロックの合成
2.2 分子レゴブロックポリマーの合成
2.3 分子レゴブロックポリマーの解重合
2.4 飽和炭化水素鎖を有する分子レゴブロックポリマーと芳香族系分子レゴブロックの組み換え反応
3 おわりに
第23章 使用済み電子機器に使用されているプラスチックのリサイクル
1 電気電子製品に使用されているプラスチック
2 電子機器に使用されている筐体や絶縁材の熱分解
3 エポキシ基板の熱分解
4 水蒸気ガス化による電子基板の再資源化
5 さいごに
第24章 コークス炉化学原料化法によるプラスチックリサイクル
1 はじめに
2 コークス炉化学原料化法の概要
3 コークス炉の概要と特徴(石炭の熱分解)
4 プラスチックの熱分解挙動
4.1 プラスチックの熱分解挙動
4.2 プラスチックの歩留まり
4.3 廃プラスチック処理の課題と対応
5 資源削減効果
6 最後に
【第 V 編 バイオプラスチック】
第25章 バイオと触媒で作る基幹化成品
1 はじめに
2 研究内容
2.1 バイオ技術内容
2.2 触媒技術内容
3 本研究の経済性・実現性
4 まとめ
第26章 バイオマス由来TPEの合成
1 はじめに
2 バイオマス由来のソフトセグメントを用いたPLA含有共重合体
3 部分的にバイオマス由来のソフトセグメントを用いたPLA含有共重合体
4 非バイオマス由来のソフトセグメントを用いたPLA含有共重合体
5 おわりに
第27章 ポリ乳酸の新展開
1 ポリ乳酸について
1.1 ポリ乳酸の生産量拡大
1.2 ポリ乳酸の合成法
1.3 様々なポリ乳酸(ポリ乳酸の多様性)
2 ポリ乳酸の高性能化
2.1 触媒の開発(開環重合)
2.2 ポリ乳酸共重合体の開発:バイオベースラクトン類
2.3 ポリ乳酸のブロック共重合体
2.4 ステレオコンプレックスポリ乳酸(sc-PLA)
2.5 その他の耐熱性ポリ乳酸の開発
3 スペシャリティポリ乳酸について
4 まとめ
第28章 「多元ポリ乳酸」生合成の新展開:オリゴマー分泌の発見によるプロセス革新
1 はじめに
2 多元ポリ乳酸の進展(1):プロトタイプの創製
3 多元ポリ乳酸の進展(2):完全ポリ乳酸の合成は可能か?
4 多元ポリ乳酸の進展(3):配列制御ポリマーの合成は可能か?
5 多元ポリ乳酸の進展(4):乳酸オリゴマーが分泌した!
6 多元ポリ乳酸の進展(5):実バイオマスからの一貫生産プロセス
7 多元ポリ乳酸の進展(6):基礎物性・部材化・生分解性
8 おわりに
第29章 バイオプラスチックの新展開―バイオリファイナリーと高性能・高機能ケミカルの開発―
1 はじめに―バイオリファイナリー―
2 トチュウエラストマー
3 植物油脂を用いるバイオポリウレタン
4 おわりに
