廃PETフィルムの再生と製造：現状、技術および展望（1）
エレクトロニクス産業の活発な発展に伴い、ポリエチレンテレフタレート（ペット）フィルムは、優れた絶縁性、高い透明性、良好な機械的特性、化学的安定性により、多くの電子製品の製造に不可欠な役割を果たしています。これらの用途には、積層セラミックコンデンサ（MLCC）、フレキシブル回路基板、液晶ディスプレイなどが含まれます。しかし、エレクトロニクス産業の急速な拡大に伴い、廃棄PETフィルムの発生量は日々増加しています。これらの廃棄フィルムが適切に処理されなければ、莫大な資源の浪費となるだけでなく、環境にも大きな負担をかけることになります。そのため、エレクトロニクス産業における廃棄PETフィルムの効率的な再生と処理を実現することは、エレクトロニクス産業の持続可能な発展を促進し、資源圧力を緩和し、環境汚染を減らすために、広範囲かつ極めて重要です。
電子機器産業における廃棄PETフィルムの発生源と特性
多様な情報源
エレクトロニクス業界では、廃棄 ペット フィルムはさまざまな発生源から発生します。
MLCC の製造: ペット フィルムは誘電体シートを形成するために使用され、製造後に大量のエッジトリミングと廃棄材料が生成されます。
フレキシブル回路基板の製造: 基板材料としての ペット フィルムは、切断プロセス、プロセス欠陥、またはその他の不完全性により廃棄物を生成します。
液晶ディスプレイ (液晶) の製造: ペット フィルムは偏光板や拡散フィルムなどのコンポーネントに適用され、製造中に不良品や切断片が発生し、廃棄物の蓄積につながります。
複雑でユニークな特徴
通常の ペット フィルムと比較すると、電子機器産業における廃棄 ペット フィルムは次のような独特の特性を示します。
電子機器の製造において、さまざまな化学物質や特殊な処理技術にさらされると、金属不純物、有機汚染物質、さまざまな程度の架橋構造による汚染が発生する可能性があります。
たとえば、MLCC 製造からの ペット 廃棄物は、セラミックスラリーとの接触により金属酸化物粒子が付着する可能性があります。
フレキシブル回路基板からの ペット 廃棄物には、リソグラフィーやエッチングのプロセスからのフォトレジスト残留物などの有機物質が残っている可能性があります。
これらの複雑な特性は、廃棄 ペット フィルムの再生と準備に大きな課題をもたらします。
廃PETフィルムの再生・処理技術
物理的リサイクル技術
洗浄と粉砕
洗浄工程は、廃PETフィルムの表面の埃、油汚れ、その他の可溶性不純物を除去することを目的としています。一般的な洗浄方法としては、アルカリ洗浄、酸洗浄、有機溶剤洗浄などがあります。
アルカリ洗浄は油汚れを効果的に落とします。
酸洗浄により金属不純物が部分的に溶解します。
有機溶剤洗浄は有機汚染物質の除去に重要です。
粉砕とは、洗浄されたPETフィルムを粉砕機を用いて所定の大きさの破片に砕き、その後の処理を容易にすることです。実際には、徹底した洗浄と均一な粒子サイズを実現するために、廃フィルムの汚染度と特性に合わせて洗浄剤と粉砕装置を選定する必要があります。
溶融押出
粉砕された ペット 断片は融点（通常 250～260°C）以上に加熱されて溶融物となり、押出機から押し出され、その後冷却されてペレット化され、再生 ペット ペレットが生成されます。
再生PETの特性を向上させるために、可塑剤や酸化防止剤などの添加剤がしばしば配合されます。例えば、可塑剤は柔軟性を高め、酸化防止剤は熱安定性を高めます。
しかし、この工程ではPETの分子鎖が劣化し、製品性能が低下する可能性があります。劣化を最小限に抑えるには、処理温度、処理時間、スクリュー回転速度を厳密に管理することが不可欠です。
固体重縮合（SSP）
SSPは、再生PETの分子量と性能を向上させるための重要な方法です。再生PETペレットは、不活性ガス雰囲気下で融点以下の温度（通常200～220℃）で熱処理されます。
SSPによりPET分子鎖間の重縮合反応により分子量が増加し、再生PETの強度と耐熱性が向上します。
課題としては、処理時間が長く、機器の気密性と温度制御精度に対する要件が厳しいことなどが挙げられます。
化学リサイクル技術
アルコール分解
アルコール分解では、廃棄 ペット フィルムを触媒下でアルコール (エチレングリコール、プロピレングリコールなど) と反応させて、ペット をモノマーまたはビス (2-ヒドロキシエチル) テレフタレート (ベット) などのオリゴマーに分解します。
エチレングリコールのアルコール分解を例に挙げると、反応温度は180～220℃に制御され、酢酸亜鉛やテトラブチルチタン酸などの触媒が用いられます。反応後、BHETはろ過と蒸留によって分離され、PET再合成のために精製されます。
この方法は、不純物を効果的に除去して高純度の再生材料を得られますが、厳しい反応条件と耐腐食性の設備が必要です。
加水分解
加水分解は、高温高圧下で水を使用して廃棄PETフィルムをテレフタル酸（PTA）とエチレングリコールに分解します。加水分解は酸性、アルカリ性、中性に分類されます。
酸性加水分解：触媒として強酸（硫酸、塩酸など）を使用します。反応速度は速いですが、機器の腐食が激しくなります。
アルカリ加水分解: 強塩基 (水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなど) を使用します。生成物の分離は簡単ですが、その後に中和が必要です。
中性加水分解: 酸/塩基触媒を使用せずに高温/高圧下で動作し、環境に優しいですが、より厳しい条件とより高い設備投資が求められます。
加水分解により ペット は完全に分解され、その生成物は ペット 合成に直接使用できますが、エネルギー消費量が多く、分離/精製プロセスが複雑になるという問題があります。
熱分解
熱分解では、廃棄 ペット フィルムを酸素のないまたは酸素が不足している環境で高温（400～600°C）で加熱し、芳香族化合物（ベンゼン、トルエン、キシレン）やオレフィン/アルカンなどの小さな分子に熱分解します。
熱分解生成物は化学原料として利用することができ、廃PETフィルムのエネルギー指向型リサイクルを可能にします。しかし、生成物の混合物が複雑なため、分離・精製が困難であり、有害ガスが発生する場合は、包括的な排ガス処理システムが必要となる場合があります。
新しいリサイクル技術の探求
電気触媒リサイクル
近年、電気触媒リサイクルが登場しています。例えば、上海交通大学の趙益新教授率いる研究チームは、電気触媒技術を用いて、常温常圧下でPET加水分解物中のエチレングリコールを選択的にギ酸に変換すると同時に、陰極で水素を同時に生成することに成功しました。
この技術は、再生可能電力をエネルギー源として利用し、廃棄PETフィルムの資源変換における新たな経路を提供します。電極材料と反応条件を最適化することで、効率と選択性を向上させることができます。
現在、電気触媒リサイクルは実験室研究段階に留まっており、電極の安定性や大規模システムの設計など、産業化に向けた技術的な課題が残っています。
生分解と合成の組み合わせ
一部の微生物はPETを分解する酵素を分泌します。これらの微生物やその酵素を利用することで、廃棄PETフィルムは小さな分子に分解され、PETやその他のバイオベース材料へと生合成されます。
このアプローチは、環境に優しく、反応条件が穏やかであるなどの利点があるものの、生分解速度が遅く、生合成制御が複雑であるという問題を抱えています。まだ探索段階にあり、微生物の代謝機構と生合成プロセスの最適化に関する詳細な研究が必要です。
エレクトロニクス産業における再生PETの応用
部分的なバージン材料の代替
一連の処理を経て再生PETの特性は大幅に向上し、電子産業においてバージンPET材料をある程度代替することが可能になります。再生PETは、一般的な電子包装材料や一部の電子機器の筐体など、性能要件が比較的低い電子製品部品に広く使用されています。
たとえば、再生PETで作られた特定の電子製品の梱包箱は、コストを削減するだけでなく、バージン資源への依存も減らします。
電子機器の筐体の製造において、適切な強化材や添加剤を加えることで、再生PETは強度や耐熱性の要件を満たすことができ、筐体のグリーン製造を実現します。
新たな応用分野への拡大
再生PETの特性は継続的に改善・革新されており、エレクトロニクス産業におけるその応用範囲は徐々に拡大しています。ウェアラブルデバイスやフレキシブル電子デバイスといった新興エレクトロニクス分野において、再生PETは優れた柔軟性と加工性を有しており、重要な基礎材料となることが期待されています。
例えば、フレキシブル基板やディスプレイ保護フィルムなどのウェアラブルデバイスの部品では、再生PET素材の利点を活かして軽量で持続可能な製品開発を実現します。
一方、電磁波シールド性能が求められる電子機器においては、再生PETに導電性フィラーを添加するなどの特殊処理を施すことで、電磁波シールド機能を有する材料を製造することができ、再生PETの応用範囲が拡大します。
