新たな突破口！炭素繊維複合材料（CFRP）のグリーンリサイクル

序文

炭素繊維は、業界で「素材の王様」や「ブラックゴールド」と呼ばれています。航空、宇宙、エネルギー、交通、風力タービンブレード、建設橋梁、軍事装備など幅広い分野で使用されており、国防および民生用の重要な素材です。.

近年、炭素繊維産業が急速な発展期に入るとともに、炭素繊維複合材料の用途が拡大し、生産過程でますます多くの廃棄物が排出されるようになりました。業界の専門家らは、炭素繊維産業のサプライチェーンのあらゆる段階で廃棄物が発生しており、特に生産・製造工程での廃棄率だけでも30～50％に達すると指摘しています。さらに、CFRPは修復が難しく、一部の損傷であっても廃棄されることになります。.

炭素繊維複合材料は自然条件下では分解されないため、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年の世界の炭素繊維使用量は9万2,600トンに達し、そのうちスクラップ量は3万300トンでした。これは環境汚染を引き起こすだけでなく、資源の大きな無駄にもなります。.

常温下でのCFRP分解・リサイクル技術

研究チームは、低温でCFRPを簡便に分解できる技術を開発しました。CFRPを溶液に浸すと、短時間で炭素繊維と樹脂を分離でき、同時に樹脂原料をリサイクルすることも可能です。.

この技術は、処理が難しいCFRPを原料に戻し、完全にリサイクルする画期的な新技術です。この技術は、人体内で起こる酸化還元反応の仕組みから着想を得ています。.

CFRPの強度の秘密は、炭素繊維とプラスチックの結合にあります。炭素繊維は壊れにくく強いのですが、曲がりやすい性質を持っています。炭素繊維を樹脂と結合させると、軽さと強度を兼ね備えた優れた材料となり、炭素繊維とプラスチックの驚異的な強度のコンビネーションを実現しますが、逆にそれがリサイクルの大きな障害にもなっています。.

CFRPに使わ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、長期間燃焼または埋め立てて処理するしかありません。以前は、CFRP内のS-S結合を破壊できるメルカプトエタノールという薬剤を用いてリサイクルする方法もありましたが、この薬剤は毒性が強く、安全でも環境にも優しくありませんでした。.

Rチームは天然の生体材料に注目し、これを水に溶かした後、有機溶媒に加え、そこにCFRPを浸しました。室温で数時間攪拌すると、CFRP中の樹脂が液相に溶解しました。.

その原理は、生体構造材料の特性を活用してCFRP内のS-S結合を再編成し、樹脂中のS-S結合を置き換えることです。分解された樹脂は有機溶媒に溶け出します。.

結論

有害な薬剤を使わず、単に生体材料を溶液に加えるだけで強力なCFRPを分解し再利用できるこの技術は、省エネ・環境保護の時代におけるCFRP普及の鍵となると期待されています。.