大阪大学大学院工学研究科の大学院生の小川敏史さん（博士後期課程）、徐 于懿准教授、宇山浩教授、鳶巣守教授らの研究グループは、ケミカルリサイクル可能な新しい高性能ポリマーを開発しました。高性能ポリマーは、高い熱安定性や化学安定性を持つ反面、モノマーへと分解し、ケミカルリサイクルすることは困難でした。これは、ポリマーの主鎖が酸や塩基などでは簡単には切断できない強い化学結合から構成されているためです。

今回、鳶巣教授らの研究グループは、高性能ポリマーに配向基とよばれる触媒と相互作用することができる置換基を導入した新しいポリマーを開発しました。配向基の導入により、ポリマーの熱的、化学的安定性を損なうことなく、触媒により選択的に分解することが可能となります。分解物は再重合により元のポリマーへと戻すことができます。ケミカルリサイクル可能な新しい高性能ポリマーの設計戦略となることが期待されます。

本研究成果は、英国科学誌「Chemical Science」に、10月7日（月）18時（日本時間）に公開されます。

図1. ケミカルリサイクル可能な新ポリマーを開発。配向基の導入により、化学的に安定な結合を、独自の触媒により切断可能に。高性能高分子のケミカルリサイクルの方法論として期待。

環境保全、資源循環の観点からプラスチックのリサイクル技術の確立は喫緊の課題です。プラスチックの主成分であるポリマーのリサイクル技術の中でも、ポリマーを原料モノマーに選択的に分解し再利用するケミカルリサイクルは、ポリマーをそのままの形で再利用するマテリアルリサイクルや燃焼させてその熱エネルギーを活用するサーマルリサイクルとは異なり、CO₂排出量が少なく、繰り返し再利用可能であるなどのメリットがあります。しかし、モノマーへと選択的に分解可能なポリマーはPET樹脂のように主鎖が切断されやすい結合からなるポリマーに限定的であり、耐熱性や耐薬品性に優れる高性能ポリマーのモノマーへの分解は未解決課題でした。これは、高性能ポリマーの主鎖が、安定な化学結合から成っており、その切断が困難であるためです。

鳶巣教授らの研究グループでは、配向基とよばれる触媒と相互作用可能な官能基をPPEやPEEKに代表されるポリフェニレンエーテル型のポリマーに導入した新しいポリマーを開発しました。このポリマーは酸や塩基に対して高い安定性を示し、熱的にも安定（5%重量減少温度＞400°C）であるのに対して、ニッケル触媒を用いることで主鎖の炭素－酸素結合を切断し、低分子化合物へと選択的に分解可能でした。ここで得られた分解物は数工程の化学変換を経ることにより、元のポリマーへと再重合させることができます。

本研究成果により、ケミカルリサイクル可能な多様な高性能ポリマー開発が促進されることが期待されます。今回導入した配向基は、様々な化学構造を持つものが導入可能であるので、その分子設計によるポリマーの物性制御も可能であると考えられます。

本研究成果は、202４年10月7日（火）18時（日本時間）に英国科学誌「Chemical Science」（オンライン）に掲載されました。

タイトル：“Controlled Degradation of Chemically Stable Poly(aryl ethers) via Directing Group-Assisted Catalysis”
著者名：Satoshi Ogawa, Hiroki Morita, Yu-I Hsu, Hiroshi Uyama,* and Mamoru Tobisu*
ＤＯＩ：https://doi.org/10.1039/d4sc04147j

なお、本研究は、JSPS科学研究費助成事業学術変革領域研究（A）「化学構造リプログラミングによる統合的物質合成科学の創成」およびＪＳＴ戦略的創造研究推進事業（特定課題調査）研究の一環として行われました。

鳶巣　守　教授　研究者総覧
https://rd.iai.osaka-u.ac.jp/ja/bbce18092d307e86.html