リサイクルプラスチックへの機能性付与による高付加価値化検討
福岡大学

工学部助教

化学システム工学科
中野 涼子

2019年5月21日

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リサイクルプラスチックの用途について((一財)プラスチック循環利用協会パンフレットより)

廃プラスチック中には汎用プラスチックが大多数を占める→再利用可能であればリサイクルプラスチックの有用性が向上

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リサイクルプラスチックの用途について((一財)プラスチック循環利用協会パンフレットより)自動車エンジンカバー(PET)、自動車用アンダーカバー(PP)、雨水貯留浸透システム
ユニット(PP・PE)等…
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リサイクルプラスチックの用途について(PET)

PETは様々な商品に展開されているが、PE・PPは用途拡大が難しい→用途開発はリサイクル促進の大きなファクター
何故用途が広がらないか？？

リサイクルプラスチックの物理的な物性はバージン品と比べて低い
回収品にはカーボンブラック等の色素を含有している
物性向上：関連技術は以前の説明会で報告済み(2015, 2016, 2017年度 新技術説明会)

別の切り口からリサイクルプラスチックの用途拡大に寄与できないか検討((一財)プラスチック循環利用協会パンフレットより)

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既往の研究について
側鎖結晶性ブロック共重合体(Side Chain Crystalline Block Co-polymer: SCCBC)

リサイクルプラスチックの物性向上→PP, PS, PE etc…

Side chain crystalline
Unit

Functional Unit

プラスチック(PE)表面の機能化→共重合体の塗布による改質

PE Surface<機能化の実施例>①親水化 (PEフィルム)PE
SCCBC-1

Av. 90°

OO

OOO

O

OO

O

PE +solvent

PE + SCCBC(1wt%)

Av. 91°

Av. 45°

O

NOm

O

PEO
O
O
O
n②金属イオン吸着 (PE多孔膜)

SCCBC-1mn

SCCBC-2

インク液透過前 インク液透過後PEPEの形状に制限がない
目的に応じたSCCBCが選択可能
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既往の研究について
側鎖結晶性ブロック共重合体(Side Chain Crystalline Block Co-polymer: SCCBC)

リサイクルプラスチックの物性向上→PP, PS, PE etc…

Side chain crystalline
Unit

Functional Unit

プラスチック(PE)表面の機能化→共重合体の塗布による改質

PE Surface<機能化の実施例>①親水化 (PEフィルム)PE
SCCBC-1

Av. 90°

OOOO

OOOO

O

PE +solvent

PE + SCCBC(1wt%)

Av. 91°

Av. 45°

ONOm

O

PEO
O
OO
n②金属イオン吸着 (PE多孔膜)

SCCBC-1mn

SCCBC-2

インク液透過前 インク液透過後PEPEの形状に制限がない
目的に応じたSCCBCが選択可能
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新技術の検討❑ リサイクルプラスチック(特にPE)の用途拡大→「表面の機能化」という視点から検討→共重合体を用いた金属イオン担持機能の添加 →無電解めっき※現状、PE等のオレフィン系への無電解めっきは困難<無電解めっき製品の一例>✓電子工学系製品：
プリント基板、フレキシブル基板(FPC)→基材：PI(ポリイミド)、GE(ガラス-エポキシ)(http://www.atengineer.com/pr/metk/20101001001.html より引用)(http://www.tohkoo.co.jp/design-04.html
より引用)✓装飾関連製品：フロントグリル、ピストン、パワステ等→ABS(アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン)( http://broscct.sakura.ne.jp/chrome.htm
より引用)( http://www.fm007.com/faq/detail.php?no=MTE4 より引用)

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新技術の検討 －無電解めっきについて―
無電解めっきの行程：基材表面の汚れを除去
脱脂↓
エッチング ：基板表面に凹凸を作成↓
キャタリスト ：無電解めっきの核である金属触媒を吸着↓
アクセレーター ：金属触媒の酸化還元反応により金属を生成↓
無電解めっき ：金めっき、ニッケルめっき、銅めっき etc…
↓電気めっき8

新技術の検討 －従来法と問題点①―

ABS基材のエッチング✓エッチング液→高濃度の無水クロム酸(Ⅵ)と硫酸を含みABSのブタジエンを溶解

基材

基材(「表面技術(J. Surf. Finish. Soc. Jpn. )」vol.64, 12, 2013)(エッチング)

(リンス)

基材

基材

✓エッチング部でアンカー効果が発現✓クロム酸(Ⅵ)の環境負荷が大きい

RoHS (Restriction of Hazardous Substances)
WEEE (Waste Electrical and ElectronicEquipment)
等の環境施策に抵触する
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新技術の検討 －従来法と問題点②―
光(若しくは電子)照射によるエッチング
基材(UV, プラズマ等)✓照射光線→基材表面の分子鎖を分断することで活性点を発生させる(-OH, -COOH, C=O等)→光線によって微細な凸凹を作成

基材✓エッチング部でアンカー効果が発現✓電子線は直進であるため、入射角に制限がある

基材

改質基材の方向を変更する必要がある
構造によっては改質できない箇所が生じる
均質なめっきを作ることが困難な場合も10新技術の検討 －問題解決への糸口―❑ リサイクルプラスチック(特にPE)の用途拡大→「表面の機能化」という視点から検討
バージン
PEペレットリサイクル
PEペレットバージン
PEフィルムリサイクル
PEフィルム→共重合体を用いた金属イオン担持機能の添加→無電解めっき (→既存エッチング手法の代替技術)
11新技術の検討 －問題解決への糸口―
サンプル作成方法

乾燥

脱脂したフィルム

改質溶液に浸漬(80°C×10分)

改質フィルム

触媒化：Pd-Snコロイド溶液(25°C、10分)

Pd生成フィルム

無電解Cuめっき(25°C×20分)

水洗

水洗

触媒化フィルム

水洗

活性化：アクセレレーター(25°C×1分)

触媒コロイド液：
アクセレレーター：
Cuめっき液：エンプレートアクチベータ―444
メルプレートPA-360
メルプレートCU-390※すべてメルテックス株式会社製

無電解Cuめっきフィルム
12実験結果 –サンプルの外観–

改質なし

オリジナル

SCCBC改質バージン
PE－リサイク
ル
PE－

Pd付与

Pd活性

Cuメッキ

改質あり

バージン
PE

リサイク
ルPE
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実験結果
–剥離試験(JIS H 8504 引きはがし方法)–
バージン
PE

リサイクル
PE

改質なし

改質あり

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新技術の検討 －問題解決への糸口―
サンプル作成方法

乾燥

脱脂したフィルム

改質溶液に浸漬(80°C×10分)

改質フィルム

触媒化：Pd-Snコロイド溶液(25°C、10分)

Pd生成フィルム

無電解Cuめっき(25°C×20分)

水洗

水洗

触媒化フィルム

水洗

活性化：アクセレレーター(25°C×1分)

触媒コロイド液：
アクセレレーター：
Cuめっき液：エンプレートアクチベータ―444
メルプレートPA-360
メルプレートCU-390※すべてメルテックス株式会社製

無電解Cuめっきフィルム15

実験結果 –サンプル表面の変化–※改質液→溶媒(キシレン)+表重合体(0.1wt%)

キシレン浸漬前

キシレン浸漬後

バージンPE

リサイクルPE

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実験結果 –改質時における表面の変化について–
OOOO

NH

TBAEMAm

エッチング(表面処理)

触媒付与(Pd-Snコロイド): Pd: Snアクセレレーター(Pd活性化)

無電解Cuめっき(導電性付与)バージンPECun
BHACuリサイクルPE✓ バージンPE：共重合体がフィルム表面上に吸着後、めっき膜が成長✓ リサイクルPE：
表面の凸凹によってアンカー効果を発現

より強固な吸着性を発揮
リサイクルPE無電解Cuめっきサンプル

17新技術の特徴・従来技術との比較• 力学強度、色素の混入等により利用用途が限定的であった市場回収リサイクルプラスチックの表面を共重合体で改質することにより、無電解めっき処理を可能とした• 従来技術で問題となっていた有害な廃液を生じることなく無電解めっき処理を実現した• リサイクルプラスチックはバージンプラスチックよりも強固に銅めっき薄膜が吸着している→従来製品との定量的な比較は今後の課題
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想定される用途• リサイクルプラスチックを金属めっきをすること
で、従来展開されることがなかった意匠製品への展開が見込まれる• 上記以外に、金属銅の持つ導電性、熱伝導性を目的とした金属代替製品への展開が可能→積層する金属種によって製品展開の分野が広がると予想される
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実用化に向けた課題• 無電解めっき膜の吸着力を従来製品規格と比較する• 本手法で製膜した無電解めっき層上に電解めっきが可能か確認する→種々の金属種のめっきが可能か検討が必要• 現時点でプラスチック基材表面に塗布した共重合体の分子量について条件設定をしていない
ため、最適化が必要
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企業への期待• リサイクルプラスチックを基材とした機能性部材
および意匠部品への用途展開• 無電解めっき層上への電解めっき→金属種の検討など

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本技術に関する知的財産権• 発明の名称 ：ポリオレフィンのメッキ成形体およびその製造方法、リサイクルポリオレフィンを含有するポリオレフィン成形体をメッキする方法、ならびに、リサイクルポリオレフィンを含有するポリオレフィン成形体に電気伝導性または抗菌性を付与する方法• 出願番号：特願2018-215683• 出願人：学校法人福岡大学• 発明者：八尾滋、中野涼子、内野智仁
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お問い合わせ先
福岡大学 研究推進部 産学官連携センター
担当コーディネーター
川上 由基人ＴＥＬ 092－871 － 6631（内線2806）
ＦＡＸ 092－866 － 2308
e-mail sanchi＠adm.fukuoka-u.ac.jp
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