プラスチックの埋め立てを防ぐデザイナーズ素材(Designer Materials to Keep Plastic Out of Landfills)

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バークレー研究所の技術でプラスチック製品の低炭素製造ソリューションを実現 Berkeley Lab technology provides low-carbon manufacturing solution for plastic products

2022-07-20 ローレンスバークレー国立研究所(LBNL)

科学者たちは、消費者製品のリサイクルにおける最大の課題の1つである混合プラスチックのリサイクルを克服するために、新しい材料システムを設計しました。この成果により、完全にリサイクル可能なプラスチック製品をより幅広く提供できるようになり、自動車のような耐久消費財の効率的な循環型経済が実現されるでしょう。
ポリジケトエナミン(PDK)と呼ばれるカスタム設計の材料を用いて、混合プラスチックの問題に取り組んでいます。この新しいタイプのプラスチックは、効率的かつ無期限にリサイクルされ、埋め立て地になる必要のないプラスチック製品の低炭素製造ソリューションとして開発されたものです。
混合プラスチックのリサイクルに特化したカスタマイズPDKを作成できること、複数のPDKとその他の一般的な製造材料からなる混合製品から構成するプラスチックを完全に回収できることを示しました。
今回の研究では、まず化学構造の異なるさまざまなPDKを作り、それぞれを「解重合」(モノマーに分解すること)することで、高い収率で回収できることを明らかにした。
それぞれのPDKが異なる温度と速度で解重合することを突き止めた。
2種類のPDKからそれぞれ混合プラスチックを作製し、その構成材料を完全に解重合して回収することにより、この材料システムの成功を実証した。さらに、産業界の課題である色の異なるPDKを用いて同様の実験を行ったところ、少し複雑なプロセスで再びPDKモノマーを高い収率で回収できることがわかった。

<関連情報>

ポリジケトエナミン加水分解速度可変による混合プラスチックケミカルリサイクルにおける循環型社会の実現 Circularity in mixed-plastic chemical recycling enabled by variable rates of polydiketoenamine hydrolysis

Jeremy Demarteau ,Alexander R. Epstein ,Peter R. Christensen,Mark Abubekerov,Hai Wang ,Simon J. Teat,Trevor J. Seguin,Christopher W. Chan,Corinne D. Scown ,Thomas P. Russell ,Jay D. Keasling ,Kristin A. Persson ,Brett A. Helms
Science Advances  Published:20 Jul 2022
DOI: 10.1126/sciadv.abp8823

Abstract

Footwear, carpet, automotive interiors, and multilayer packaging are examples of products manufactured from several types of polymers whose inextricability poses substantial challenges for recycling at the end of life. Here, we show that chemical circularity in mixed-polymer recycling becomes possible by controlling the rates of depolymerization of polydiketoenamines (PDK) over several orders of magnitude through molecular engineering. Stepwise deconstruction of mixed-PDK composites, laminates, and assemblies is chemospecific, allowing a prescribed subset of monomers, fillers, and additives to be recovered under pristine condition at each stage of the recycling process. We provide a theoretical framework to understand PDK depolymerization via acid-catalyzed hydrolysis and experimentally validate trends predicted for the rate-limiting step. The control achieved by PDK resins in managing chemical and material entropy points to wide-ranging opportunities for pairing circular design with sustainable manufacturing.

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