カーボンファイバーは業界では「素材の王様」「黒い金」と呼ばれています。軽量、高強度、耐食性の特徴があり、航空、航空宇宙、エネルギー、輸送、風力発電ブレード、建設橋梁、軍需品などの分野で広く使用されており、国防および民生生産にとって重要な材料です。そして人生。

近年、炭素繊維産業が急速な発展期に入るにつれて、炭素繊維複合材料の用途が増加しており、製造プロセスで発生する廃棄物がますます増加しています。業界の専門家は、炭素繊維産業チェーンのあらゆる側面で廃棄物が発生し、生産および製造プロセスだけでのスクラップ率は 30% ～ 50% にも上ると指摘しています。また、CFRPは修復が難しく、一部でも損傷すると廃棄されてしまいます。

炭素繊維複合材料は自然条件下では分解できないため、大量のスクラップや廃棄物は埋め立てられるしかありません。統計によると、2018年だけで世界の炭素繊維使用量は9万2600トンに達し、そのうちスクラップ量は3万300トンだった。これは環境汚染を引き起こすだけでなく、資源の多大な浪費にもなります。

常温CFRP分解・リサイクル技術

研究チームは、CFRPを低温で簡単に分解できる技術を開発しました。CFRPを溶液に浸漬することにより、短時間で炭素繊維と樹脂を分離することができ、同時に樹脂原料のリサイクルが可能となります。

この技術は、加工が難しいCFRPを原料に戻し、全てリサイクルする画期的な新技術です。この技術は、人体で起こる酸化還元反応の構造からインスピレーションを受けています。

CFRPの強さの理由は炭素繊維とプラスチックの組み合わせにあります。カーボン繊維は折れにくく丈夫ですが、曲がりやすいです。炭素繊維を樹脂で結合すると、軽さと強度を兼ね備えた優れた素材となり、炭素繊維と驚異的な強度のプラスチックを強力に融合させますが、逆にリサイクルの大きな障害にもなります。

CFRPに使用される熱硬化性プラスチックは、一度固まると非常に分解しにくく、長期間にわたって焼却または埋め立てでしか処分できません。以前は、CFRP内のSS結合を破壊するメルカプトエタノールという薬剤をリサイクルに使用していましたが、この薬剤は毒性が強すぎて安全でも環境にも優しくありません。

研究開発チームは天然の生体材料に着目し、これを水に溶かして有機溶媒に加え、その中にCFRPを入れ、室温で数時間撹拌するとCFRP中の樹脂が液相に溶解した。

原理としては、生体構造材料の性質を利用してCFRP中のSS結合を再組織化し、樹脂中のSS結合を置換し、分解した樹脂を有機溶媒に溶解させる。

分解は、CFRP の SS キーを置き換えることによって実現されます。

CFRPを溶剤に含浸 → 3時間撹拌後 → 樹脂が完全に溶解し炭素繊維が完全に分離 → CFRP分解後の溶液

この技術は、有害な薬剤を使用せず、溶液に生物由来物質を添加するだけで強固なCFRPを分解・再利用できる技術であり、省エネ・環境保護時代におけるCFRP普及の鍵となると期待されている。