合成樹脂を原料に戻す新触媒を開発

最近廃プラスチックが海洋汚染など問題になっていますが、合成樹脂の分解の研究も進んでいるようです。

東京大学はリサイクルが困難な合成樹脂「ポリウレア」を水素で分解し原料の化合物に戻す新しい金属触媒を開発しました。

水をはじき摩耗しにくい性質から屋根や屋上駐車場の表面に使われているこの樹脂が、廃プラスチックとなった際新触媒によるリサイクル促進が期待されています。

ポリウレアを構成するウレアは、分子内に炭素と酸素の二重結合を持つカルボニル化合物の一種で、炭素が窒素化合物のアミンと結合しています。水素と金属触媒によるカルボニル化合物の分解は、廃棄物を出さないクリーンな化学反応として注目されています。

研究グループは、カルボニル化合物の分子内における炭素‐酸素二重結合の電荷の偏りに注目し、イリジウムの周りにリンや窒素などを配置した金属錯体を触媒として作成しました。

作った触媒の機能を調べるため、有機溶媒にジフェニルウレアを溶かし、水素と触媒を入れました。約130℃、10気圧程度の条件では、ウレアの炭素‐窒素結合の片方が切れて水素化され、ホルムアミドとアミンに分解しました。

こういった反応性の低いウレアの水素化分解は2011年ごろからルテニウムの触媒によって行われていました。ウレアがアミドより反応性が高かったことから、2種類のカルボニル化合物混合物で水素化分解を試みました。

その結果ケトンには劣るものの、エステルとウレタンよりは反応性が高いことが分かりました。触媒に含まれるイリジウムと窒素が、ウレアの炭素と二重結合した酸素と相互作用をしていることで、ウレアと優先的に反応するとの仮説が考えられるようです。

異なるアミンの結合によって非対称な構造をしたウレアでも、一方の炭素‐窒素結合を選択的に切断できることも確認しました。

研究グループは、「2つの異なる炭素鎖が交互にウレア結合で繋がった構造をしているポリウレア樹脂を今回開発した触媒で水素化分解する技術と既存触媒を組み合わせることで、水素分子の移動のみによるポリウレア樹脂のリサイクルの仕組みができる可能性がある」と話しています。

今回のポリウレア樹脂の分解は、私の専門分野ですのでつい詳しい内容を書き、専門的になりすぎて分かり難くなったかもしれません。こういったプラスチック樹脂のリサイクルには根本的な問題が存在します。

それはこういった樹脂が非常に軽くできているため、体積が膨らんで輸送コストが非常に高くなってしまう点です。一時はやったペットボトルの蓋を集めるといった活動も、この輸送コストのため中止となってしまいました。

プラスチック削減は、技術的な面よりもこういったコスト面での課題が多いような気もします。