2023 February
国立研究開発法人

量子科学技術研究開発機構 （量研）

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第 58 号

高崎研だより役立つ科学Feb.

使用済みテフロンのリサイクルに関する研究

日本 世界見聞録
世ドイツ出張 ミュンヘンからヴュルツブルクへ

My favorite
fa orite

No Coffee! No Life!

研究装置紹介

フーリエ変換赤外分光光度計

高崎研だよりに関する問い合わせ先 ： 量子ビーム科学部門 高崎量子応用研究所 (TEL)027-346-9232
e-mail ： taka-soumu@qst.go.jp ホームページ ： https://www.qst.go.jp/site/taka
高崎研

役立つ科学

使用済みテフロンのリサイクルに関する研究
先端機能材料研究部 于 暠Q

1. テフロンについて教えてください

テフロンとはポリテトラフルオロエチレン（PTFE：Polytetraﬂuoroethylene）のことで、フッ素と炭素からなるフッ素樹脂の 1 つです。耐熱性や耐薬品性などに優れるため、例えばフライパンの表面加工や小型半導体製造プロセス用の耐薬品材料、高耐久性ケーブルなどに使用されています。
フッ素樹脂の原料である蛍石の年間生産量は年間 7,000 トン程度で、主F F
C-Cな産出国は中国（60％程度）とメキシコ（20％程度）です。日本はそのF F nほとんどを輸入しており、またフッ素樹脂の需要も高いことから、近い将来フッ素樹脂の供給不足という問題が生じる可能性があります。そこで、既存製品からフッ素樹脂をリサイクルする技術の開発に着手しました。

Q

テフロン製品とその化学構造

2. どのようにして、 リサイクルするのですか？

使用済みのテフロン製品を分解してリサイクルします。テフロンの分解は、通常加熱または薬品添加により行われます。しかし、テフロンは耐熱性及び耐薬品性が高いため、500℃以上の加熱や高温高圧状態での処理が必要で、リサイクルにコストが掛かります。このように、テフロンはその特性から産業利用が進む一方、リサイクルが難しい材料です。
ところが、テフロンが唯一といっていいほどに苦手な相手がいます。
電子ビーム
放射線です。テフロンに放射線を照射すると、炭素とフッ素の結合を容易に切断することができます。また、放射線として電子ビームを利カプトン膜 用すれば被照射物質が加熱されるため、放射線分解と熱分解を同時に行うことができます。この特性を利用して、左のイラストように、テPTFE 粉末
フロンを粉末にした後電子ビームを照射して、発生するガスを回収す
PTFE への電子ビーム照射の様子 るリサイクルプロセスについて研究を行っています。

Q

3. テフロン分解に対する電子ビームの効果について教えてくだい

テフロン粉末に 0 〜 15 MGy の電子ビーム照射した後、加熱したときの重量変化を下図に示します。
質量比 ( 熱分解後 / 熱分解前 )未照射のテフロンは 500℃以上に加熱しないと分解しませんが、1.0
例えば、10 MGy 照射したテフロンはおよそ 150℃から分解し0.8
MGy = 10 Gy
始め、500℃ではその重量の 80％以上がガス化していることが0 MGy
0.60.45 MGy
分かります。同じ温度で加熱分解される割合は線量が高いほど2.0 MGy
4.6 MGy
0.4大きくなります。ガス化した成分については現在解析を進めて10.0 MGy
15.0 MGy
いますが、炭素とフッ素のみで構成されるフッ素化合物のほか、0.280％以上が分解二酸化炭素など空気中の酸素との反応により生成した物質も検0.00
100 200 300 400 500 600
出されています。
温度 / ℃
この結果から、電子ビーム利用によるリサイクルは、加熱の照射・未照射 PTFE の熱分解挙動
みの処理と比較して経済的に優れていることも分かりました。

Q

6700

４. 今後の研究について教えてください。

添加物の効果などを含め高効率な分解条件の模索とメカニズムの解明を行います。また、電子ビーム利用した当該リサイクル法について、今後詳細な経済性評価を行います。長年研究されたテーマですが、社会実装を念頭に研究を遂行していきたいと考えています。
インタビュアー（広報事務局）

日本 世
世界見聞録

ドイツ出張 ミュンヘンからヴュルツブルクへ

2022 年 11 月、来年の春からのドイツ留学の打合せのため、ドイツのミュンヘンとヴュルツブルグを訪れました。最初に訪問したミュンヘン大学では、私の留学中の研究計画について発表し、研究室のメンバーから多くの質問や提案をいただくとともに、陽子線治療研究用の小動物実験プラットフォームを紹介していただき、大変有意義な時間を過ごすことができました。
次にヴュルツブルク大学を訪問し、核医学の研究施設や病院を見学させたいだきました。ありがたいことに、両大学とも夕食を用意していただき、ドイツ料理とビールを味わいながら、楽しい食事ができました。
ドイツでは節電のため、観光スポット周辺にイルミネーションはなく、夜は路 地 の 電 灯 と 自 動 車 の 明 か り だ け だ っ た た め、朝 方 か ら 街 を 散 策 し ま した。ミュンヘンでは、マリエン広場の新市庁舎や庭園など手当たり次第に観光スポットを巡っていると、気づいたら 2 時間ほど歩いていました。いつもより多く歩きま マリエン広場の新市庁舎ましたが、かえって食事が進み、体重はあまり減りませんでした。
ヴュルツブルクでは X 線を発見したレントゲン博士の記念館に行きました。
レントゲン博士が X 線を発見した当時のままの実験室があり、実験道具や資料が無料で展示されていました。放射線に携わる研究者や医療関係者なら一見の価値があります。他にも世界遺産に指定されているヴュルツブルク宮殿などのレントゲン博士の銅像 人気スポットにも足を運ぶことができました。
矢部My fafavoriteorite卓也 （放射線生物応用研究部）

No Coffee! No Life!

皆様は珈琲をよく飲まれますか？ 私は、朝の一杯の珈琲から 1 日が始まります。この「MyFavorite」の原稿も珈琲を飲みながら作成しています。
珈琲については学生時代から興味を持ち始めましたが、その飲み方や楽しみ方は少しずつ変化しています。当初は、缶コーヒーや飲食店などの身近な珈琲をよく飲んでいましたが、社会人になってからは、生豆を購入して焙煎するまでに至りました。自家焙煎は、とある YouTube で片手鍋一つで手軽にできることを知り、物は試し片手鍋で焙煎中と始めたことがきっかけです。
初めての自家焙煎では、生豆を煎る具合が分からず、煎りムラなどが発生して良い香りが出せず、豆臭い珈琲でした。しかし、回数を重ねるごとに、変化する香りやハゼ（豆内部にある水分が加熱されて水蒸気となり高圧力により細胞壁が破壊される音）、豆の膨らみ・色から焙煎具合をコントロー
ルし、美味しい珈琲を入れることができるようになりました。

コロンビア産ポパヤン

グアテマラ産SHB

生豆と焙煎した豆香りについては、焙煎が進むにつれて、甘い香りから、豆固有の香り、焦げ臭い香りと変化するだけでなく、焙煎直後と１日置いた後でも異なり、また、挽いた時・入れた時の香りも多種多様です。今では、珈琲豆の産地や種類を組み合わせ、マイブレンドを模索中です。
「パプアニューギニア産エリンバリ」は香りがお気に入りの生豆ですが、約 2 年前から購入先での仕入れがなく、マイブレンドの完成はいつになることやら・・・焙煎家 （ペンネーム）

フーリエ変換赤外分光光度計

研究装置紹介先端機能材料研究部 大道 正明【原理と特徴】
フーリエ変換赤外分光光度計（FT-IR：Fourier Transform Infrared Spectroscopy）は、光源からの赤外光を光路長の異なる光として 2 分割したものを合成し、これを光路長を変化させながら試料に照射します。照射により得られた信号は、フーリエ変換してスペクトルを得ることができます。FT-IRは試料の分子構造を推定する分析技術です。
赤外光
赤外光が試料に照射されると、分子結合の振動や回転運動の分子の運動エネルギーとして、赤外光が吸収されるエネルギーとして吸収されるため、試料の化学構造中の -COOH（カルボキシル基）や -OH（ヒドロキシル基）、-NO2（ニトロ基）などの官能基の存在の有無を調べることができます。また、吸収する赤外光の光量は、試料を構成する分子中の官能基密度に伸縮振動変角振動比例することから、ピークの高さや面積を用いて特定の官能基赤外光吸収による分子の振動の定量を行うことも可能です。
一般的に、FT-IR は高分子を含む有機化合物にどのような官能基が含まれているかを決定したいときに役立つ分析装置です。現在では試料の前処理を行う必要がなく、形状によらず液体を含む幅広い試料を非破壊状態で測定可能な全反射測定法（ATR：Attenuated Total Reﬂection）がよく用いられます。
ATR 法は食品や医薬品などに混入した異物の分析などにも応用されています。また、円筒形のセルを用いることにより気体試料の測定も可能です。
【実際の分析例】
例として、グリシジルメタクリレート（GMA）の放射線グラフト重合反応前後のポリエチレン不織布を FT-IR で測定したときのスペクトルを示します。横軸は照射した赤外光の波数（Wavenumber）、ポリエチレン縦軸は透過率（Transmittance）です。グラフト重合前のスペクトルには、ポリエチレンのメチレン基（-C-H-）に帰属するピークが 1460 cm-1 及び720 cm-1 付近に見られます。

 GMA

こ れ に 対 し て、重 合 後 は 750 cm-1（-C-O-C）、-1-1
1160 cm （-C-O-）、1250 cm （-C-C-）、1720
cm-1（-C=O-）に帰属するピークが観察され、こ  Transmittance

グラフト重合反応前  n

グラフト重合反応後



れらは GMA の化学構造に由来するものであることから、ポリエチレン不織布の表面に GMA グラ1900 1700 1500 1300 1100 900700500 フト鎖が形成していることがわかります。このよ-1
Wavenumber (cm )うに、FT-IR は化学反応が進行しているかを確認す
GMA グラフト重合ポリエチレンの FT-IR スペクトルる手法として非常に有用です。

メッセージ「りょうし」や「りょうけん」と聞いて「漁師」でなく「量子」、「猟犬」でなく「量研」と頭に思い浮かぶでしょうか。2016 年に発足した量研は、今年の３月に７年間の第一期中長期計画が終了し、４月から第二期に入ります。最先端の量子技術の研究を推進することは勿論ですが、量子技術を私たちの身近な技術としてどれだけ普及できるかといったことも研究所の使命であり、第二期では「量子」という単語をどれだ
け社会に浸透できるかも意識して行きたいと感じています。 （量子機能創製研究センター長 大島武）
物価高騰をひしひしと感じるこの頃ですが、特に電気料金が気になっています。使用量はほぼ同じですが、昨年にくらべ五千円も電気料金が高い月があります。コンビニを冷蔵庫代わりに利用する若者も多いと聞きますが、電気代がかからず、また無駄も出ないので良いのかもしれません。