什么是超级工程塑料？

2023/09/20

超级工程塑料

是什么？

-有助于循环经济的高性能塑料回收技术-

用科学的眼光来看，
社会关注的真正原因

什么是超级工程塑料？

与通用塑料相比，它们具有优异的机械性能、耐热性和耐久性，用于需要一定强度的部件，如机械零件和外壳材料，被称为“工程塑料”。 “超级工程塑料”是一组比工程塑料具有更高功能的塑料。什么是“超级”并没有明确的定义，但人们通常认为塑料的耐热性比金属弱，因此通常将能够承受 150°C 或更高温度的材料称为“超级”。根据与复合材料的组合，超级工程塑料可以被赋予多种功能，例如改进的滑动性能（低摩擦）、耐磨性和强度。由于它比金属轻，因此有望作为新材料得到广泛的应用，包括在汽车等移动物体中的应用。

工程塑料/超级工程塑料耐热、机械强度高且比金属轻，因此用于汽车、工业机械和电子设备中安装的部件。另外，由于对人体安全性高，因此越来越多地应用于与人体接触的部件，如婴儿奶瓶、餐具材料、人工透析膜、牙科材料等。虽然它有望作为一种高性能塑料用于多种情况，但它也面临着废物、资源限制和海洋塑料垃圾问题等全球性问题。我们询问了催化剂化学研究中心硅化学团队首席研究员南靖典，作为一名研究员，他对开发工程塑料/超级工程塑料有什么样的想法，以及它们对社会有哪些潜在的应用。

高性能塑料材质

什么是超级工程塑料

塑料被用于我们周围的各种物品中。耐热性在100℃左右或在压缩或拉伸时耐久性提高的塑料称为工程塑料（以下简称工程塑料）。工程塑料中包括以饮料瓶闻名的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。

　超级工程塑料（以下简称超级工程塑料）具有更高的功能性。什么是“超级”并没有明确的定义，但通常认为塑料的耐热性比金属弱，但那些能够承受150℃以上温度下连续使用的塑料通常被称为“超级”。

超级工程塑料的类型

　目前使用的高性能树脂大约有10种，被认为是超级工程塑料。每种类型均具有耐热性、机械强度、耐化学性、耐磨性等特性，用于汽车发动机部件、电气设备部件、电子设备、医疗设备等众多领域。某些类型的超级工程塑料由于不含对人体有害的物质，安全性较高，越来越多地应用于与人体接触的部件，如婴儿奶瓶、餐具材料、人工透析膜、牙科材料等。

其中，聚醚醚酮（PEEK）据说是具有代表性的超级工程塑料。它具有高达343℃的熔点，并具有出色的机械强度。因此，不仅用于汽车零部件，还用于半导体器件零部件、飞机零部件、医疗设备、页岩油开发用机械零部件等。

超级工程塑料的挑战

　2022年4月，《塑料资源循环利用促进法》实施，向塑料资源不仅利用而且回收的循环经济转型正在取得进展。即使是超级工程塑料，也必须建立回收再利用的体系。

首先我们来看看代表性工程塑料PET的回收实际情况。据称，日本的回收率已超过80%，是迄今为止发达国家中最高的，但大部分废塑料仅进行热回收，即燃烧并回收热能。 AIST正在研究开发一种化学回收方法，以低能耗高效地实现从一个PET瓶到另一个PET瓶的“瓶对瓶”生产。（AIST 杂志：通过实验化学开发新的回收技术）

另一方面，由于其特性，超级工程塑料不能通过简单地加热或使用化学品或溶剂轻易分解。另外，由于超级工程塑料所需原材料少且价格昂贵，如果将其丢弃也会造成经济损失。为了克服这些问题，需要开发新的超级工程塑料回收技术。

实现塑料回收社会

PEEK化学回收技术的发展

　对具有耐热性和高机械强度的超级工程塑料PEEK进行化学回收尚无先例。这就是我们关注硫的原因。我们开发了一种在称为“解聚”的反应中使用有机硫化合物作为解聚剂的方法，其中 PEEK 聚合物分解为一个 PEEK 原料聚合物单元。我们成功地分解了原料单体和可以以高回收率再聚合的单体前体。利用该技术，将有可能从碳纤维或玻璃纤维增强的PEEK材料中选择性地仅回收PEEK，为复合材料的回收利用铺平道路。 (2023年1月24日新闻稿）

使用有机硫化合物解聚 PEEK（聚合物）。
产生的原料单体可再次用于合成各种聚合物。

超级工程塑料的前景

　前面介绍过，超级工程塑料的应用领域非常广泛。其中，这种PEEK和最近公布的聚砜树脂的解聚方法（2023/8/17 新闻稿)，但我相信，除了在化学回收中的使用之外，我们还处于探索利用解聚原理的应用阶段。如果包括塑料制造公司、回收公司和制造最终产品的最终用户公司在内的各种参与者对超级工程塑料感兴趣并提出意想不到的想法，例如超级工程塑料的新用途和使用解聚方法的应用，我会很高兴。 AIST将进一步改进PEEK等材料的分解方法，还将开发其他超级工程塑料的分解和回收技术。