mile米乐官方网站具有优异耐热性和耐化学性的超级工程塑料回收技术的开发

-聚醚醚酮成功解聚成单体单元-

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成功切断聚醚醚酮（PEEK）的主链键并将其解聚成单体单元
可在150℃下进行，低于热分解，且不影响薄膜、颗粒等材料的形状
碳纤维和玻璃纤维增强PEEK也可以解聚，为创建循环型社会做出贡献

概览图

聚醚醚酮（PEEK）解聚成单体单元

摘要

南康典，米乐m6官方网站（以下简称“AIST”）催化化学中心硅化学团队首席研究员超级工程塑料被誉为“超级工程塑料”的高功能热塑性聚合物聚醚醚酮 (PEEK)单体可以细分为单位解聚法

该技术使用有机硫化合物硫醇8793_9013 碳纤维增强PEEK），PEEK 成分也可以选择性分解。由所得单体二苯甲酮-双酚A-交替共聚您可以合成各种聚合物，例如身体。这次开发的技术是PEEK 化学回收据认为可应用于PEEK以外的超级工程塑料的解聚，是一种稳定的树脂材料循环经济

这项研究成果的详细内容将于2023年1月24日（英国时间）发表在英国学术期刊《通讯化学

发展的社会背景

聚醚醚酮 (PEEK) 和聚苯硫醚 (PPS)等高性能热塑性树脂被称为超级工程塑料，被称为具有耐热性、机械强度以及根据类型而定的耐化学性的工业产品。 PEEK广泛应用于需要安全性的产品，如与汽车、航空航天、电气电子领域、医疗设备相关的部件以及与药品、溶剂和腐蚀性气体生产线相关的部件。目前全球PEEK产量为6000吨（根据化学经济专刊《世界化学工业白皮书（2015）》），虽然在塑料总产量中占比较小，但由于是工业社会必不可少的材料，未来预计还会增加。然而，超级工程塑料因其高稳定性而化学回收极其困难，迄今为止PPS和聚醚砜 (PESU)如果这种情况继续下去，不仅会对环境造成负担，而且我们将无法应对未来禁止使用不可回收塑料的情况。另外，由于它是一种高价产品，丢弃它会造成巨大的经济损失。需要新的回收技术来克服这些问题。

研究历史

我们使用钯络合物催化剂成功地将不溶于溶剂的 PPS 分解为苯。通过这项研究，我们积累了有关超级工程塑料化学回收的知识和技术。此次，我们重点关注了PEEK这种典型的超级工程塑料的化学回收没有先例的事实，认为如果我们成功地对PEEK进行化学回收，将是对实现其他超级工程塑料和稳定树脂材料的化学回收的突破。通过这种方式，我们致力于开发一种新的解聚技术，通过选择性断裂 PEEK 的主链键来产生原料单体及其类似物。

这项研究与开发得到了日本科学技术振兴机构 (JST) 战略基础研究促进项目 (PRESTO)“基于稳定主链结构活性控制的高性能聚合物的精确解聚（项目编号 JPMJPR21N9）（2021-2024）”和藤森科学技术基金会的支持。

研究内容

硫亲核试剂已知具有高反应性。另外，硫官能团是离开群组换句话说，如果可以使用硫亲核试剂分解PEEK，则将获得具有硫官能团作为离去基团的单体产物。从这一点来看，硫亲核试剂和高沸点溶剂N,N-二甲基乙酰胺以适当的比例混合，加入粉末状PEEK，并在150℃下搅拌混合物以防止副反应进行。这低于普通塑料的热分解温度（600~1500°C）。反应开始3小时后PEEK完全分解，19小时后生成解聚中间体二苯甲酮二硫醇盐和苯二磺酸盐（图1中心）。当加入甲基碘时，只有二苯甲酮二硫醇发生反应，最终回收到4,4'-二甲基硫代二苯甲酮和对苯二酚（PEEK 的单体之一）（图1，右上）。 4,4'-二甲硫基二苯甲酮可以再生为可聚合单体，我们实际上已经实现了类似于PEEK结构的交替共聚物的合成（图1中右）。通过依次添加2-溴乙醇和甲基丙烯酰氯代替碘甲烷，得到功能化二硫代二苯甲酮，可用作高折射率树脂的原料（图1右下）。这样，该方法不仅可以再生单体，还可以合成各种功能分子，使得合成各种功能分子成为可能。升级改造方法此外，它不仅可以应用于粉末状PEEK，还可以应用于颗粒状和薄膜状PEEK，因此适用于各种材料。

图1 PEEK单体单元解聚

我们发现的解聚方法不仅可以用于纯PEEK材料，还可以用于碳纤维和玻璃纤维增强的PEEK材料。将含有30wt%碳纤维的增强PEEK材料精细研磨，使用适量的硫亲核试剂和酰胺溶剂解聚，然后用碘甲烷处理，得到含有4,4'-二甲基硫代二苯甲酮和对苯二酚的解聚混合物，它们已分解为PEEK单体单元（图2）。玻璃纤维增强 PEEK应用相同的解聚产生类似的产品。我们还确认，即使聚丙烯、聚苯乙烯或聚酰胺与纯 PEEK 材料的解聚共存，PEEK 的解聚也不会出现任何问题。这种解聚方法也可以应用于复合 PEEK 材料和其他聚合物存在的情况。

图2增强PEEK的解聚

*本新闻稿的图 1 和图 2 摘自并修改自原始论文“使用硫试剂解聚稳健的聚醚醚酮以再生单体单元”。

未来计划

这项研究揭示了以前从未报道过的超级工程塑料PEEK的解聚，并合成相应的单体单元产品是可能的。基于这项研究成果，我们将对除PEEK以外的各种超级工程塑料和超级工程塑料以外的稳定塑料进行解聚，以实现所有塑料均循环利用的社会。此外，通过开发新型解聚催化剂，我们的目标是开发更高效的解聚技术并在社会上实施。

论文信息

已出版的杂志：通讯化学
论文标题：使用硫试剂解聚坚固的聚醚醚酮以再生单体单元
作者：Yasunori Minami、Nao Matsuyama、Yasuo Takeichi、Ryota Watanabe、Siby Mathew 和 Yumiko Nakajima
DOI：101038/s42004-023-00814-8

术语表

超级工程塑料: 一种高性能树脂，具有极高的耐热性和机械强度。即使在150℃以上的高温环境下也能长时间使用。由于它重量轻但机械强度高，因此也被用作金属的替代材料。[返回来源]
聚醚醚酮 (PEEK): 一种树脂，其正式名称为“聚醚醚酮”。一种具有高功能性的热塑性树脂，是具有代表性的超级工程塑料。另一方面，它也被认为是一种昂贵的材料。主要由4,4'-二氟二苯甲酮与对苯二酚反应合成。[返回来源]
单体: 构成聚合物（塑料）的最小单元。[返回来源]
解聚法: 通常将聚合物转化为单体或单体混合物的过程。它还包括再生原始聚合物和具有相似结构的聚合物的能力。[返回来源]
硫醇: 具有氢化硫（-SH）末端的有机化合物。又称硫醇。[返回来源]
碳纤维增强PEEK: 一种由碳纤维增强PEEK制成的复合材料。它具有较高的刚性和蠕变强度，比玻璃纤维具有更好的滑动性能（滑爽），并具有优异的磨损和摩擦性能。它还具有比原始 PEEK 高约 35 倍的导热率。[返回来源]
交替共聚: 使用两种或多种单体的聚合称为共聚。特别地，在使用两种单体的共聚中，反应单体的比例为1:1，并且合成其中单体交替排列的共聚物的方法称为交替共聚。[返回参考源]
化学品回收: 一种回收方法，通过化学合成将废物转化为其他物质，并使用这些物质作为原材料来制造新产品。就塑料而言，是指通过热分解将合成气、裂化油等化工原料以及通过化学分解转化为单体等化学物质进行转化和再利用。[返回来源]
循环经济: 日语翻译“循环经济”。除了传统的 3R（减少、再利用、再循环）努力之外，这是一种经济系统，可以尽可能长时间地保存和维持产品、材料和资源的价值，同时有效地利用资源并最大限度地减少废物的产生。[返回来源]
聚苯硫醚 (PPS): 一种结晶耐热聚合物，由苯和硫的重复结构组成。它具有约280°C的高熔点，具有优异的耐化学性和自熄性。[返回来源]
聚醚砜 (PESU): 具有双酚S重复结构的非结晶塑料，具有高耐热性。[返回来源]
硫亲核试剂: 氢化硫称为巯基(SH)，分子中含有该基团的有机化合物称为硫醇。这里，通过解离硫醇的氢而具有更高反应性的阴离子硫化合物(S^-)被称为硫亲核试剂。[返回来源]
离开群组: 构成有机化合物的官能团中，是指具有电子对的同时能够与原化合物分离的官能团。消除主要通过与亲核试剂的反应进行。[返回来源]
升级改造方法: 指将副产品和废物等不必要的材料转化为新材料或产品的方法。这里，它是指将聚合物解聚以产生另一种新材料或聚合物。[返回来源]
玻璃纤维增强 PEEK: 一种由玻璃纤维增强的 PEEK 制成的复合材料。它具有优异的刚性、蠕变强度和尺寸稳定性。[返回来源]

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