成果報告書詳細
管理番号20130000001000
タイトル平成24年度成果報告書 グリーン・サステイナブルケミカルプロセス基盤技術開発 廃棄物、副生成物を削減できる革新的プロセス及び化学品の開発 革新的酸化プロセス基盤技術開発(2)
公開日2014/3/8
報告書年度2012 - 2012
委託先名昭和電工株式会社 独立行政法人産業技術総合研究所
プロジェクト番号P09010
部署名環境部
和文要約1.酸化触媒プロセスの開発
過酸化水素を酸化剤に用い、平成23年度までに開発した技術では適用できない、より高難度のオレフィンを高反応率、高選択率で酸化する酸化触媒プロセスの研究開発を行った。高難度基質、ペンタエリスリトールテトラアリルエーテルを、タングステン-アミン触媒系によってエポキシ化し、反応率80%以上、選択率80%以上と目標値を上回った。さらに、触媒除去法を検討した。4級アンモニウム塩をポリスチレンに接続した4級アンモニウム塩固定化ポリマー触媒を開発した。反応中の触媒溶出が無く、ろ過によって除去が容易である。
また、ニトリル化合物と過酸化水素から過酸化物を生成させ、エポキシ化を行う系についても検討した。ペンタエリスリトールテトラアリルエーテルから、反応率80%、選択率90%でペンタエリスリトールテトラグリシジルエーテルを得ることができた。
2.ベンチスケール装置による試作
ベンチスケールによるエポキシ化合物の試作を実施し、上記1にて開発した技術が工業的に満足するレベルにあるか確認を行った。実験室レベルで確立したエポキシ化技術を基に、20Lまでスケールアップを行った。反応温度、反応時間を検討した結果、ペンタエリスリトールテトラアリルエーテルから、目的のペンタエリスリトールテトラグリシジルエーテルを工業的に製造可能なレベルでの収率・純度で取得することができた。これにより、目標であるベンチスケール装置による試作に成功した。
3.エポキシ樹脂の構造最適化
高難度基質から得られたエポキシ樹脂を工業的に製品化するために、用途に応じた構造最適化検討を行った。過酸化水素酸化技術を用いて数種の多官能エポキシ化合物を合成し、その物性を評価した。多官能基質には、ペンタエリスリトール骨格を基盤に、直鎖ポリオール化合物であるグリセリン、トリメチロールプロパン、ソルビトール、および、これらの2量化ポリオール化合物、ジトリメチロールプロパン、ジペンタエリスリトールを選択し、それぞれの製造法を確立するとともに、化合物の樹脂物性を評価した。
その結果、1)より官能基数の多いエポキシ樹脂がより高い耐熱特性を示す。2)脂肪族アルキル鎖が主骨格のため、光学特性に優れる。3)長期にわたる使用においても、電気特性と共に、耐候性にも優れる。上記3点の特長を満足するエポキシ樹脂を選択し、目標であるエポキシ樹脂の構造最適化に成功した。
4.最終製品への配合系の確立
工業的な規模で生産しても問題なく実用物性が出るように、ラボレベル以上のスケールで配合検討を行った。すなわち、導電性接着剤および銀ナノワイヤ保護膜用透明樹脂の試作を実施した。結果として導電性接着剤用バインダー樹脂としては、接着強度10N、体積抵抗率10-3Ω・cm以下を実現できる配合系の確立に成功し目標値を達成した。銀ナノワイヤ保護膜用透明樹脂としては、表面抵抗率200Ω/□以下、光線透過率80%以上を実現できる配合系の確立を確認し目標値を達成した。
英文要約1. Development of catalytic oxidation process
Hydrogen peroxide (H2O2) oxidation of difficult substrate which cannot be oxidized by the catalytic system developed in “development of innovative oxidation process” NEDO project (FY 2009-FY 2011) was developed by using well defined catalytic systems in good reactivity with good selectivity. Pentaerythritol tetraallyl ether (PETE) was oxidized by the optimized catalytic system including tungsten compound, amine, and some kinds of additives, achieving the target of over 80% reactivity with 80% selectivity under organic solvent-free reaction conditions. Synthesis of quaternary ammonium salt immobilized polystyrene was also investigated as an easily separable phase transfer catalyst.
PETE also gave pentaerythritol tetraglycidil ether (PETG) in 80% reactivity with 90% selectivity by using H2O2-acetonitrile system developed in this project.
2. Bench-scale preparation
Bench-scale preparation of PETG using H2O2 oxidation process mentioned at item 1 was investigated whether the oxidation process met the requirements of industrial production or not. As bench-scale investigation, we tried to apply the developed oxidation process to the synthesis of PETG at 20 L bench plant. PETG was successfully synthesized by fine tuning of H2O2 oxidation process mentioned at item 1 to achieve over a desired value.
3. Selection of the optimized structure of epoxides
In order to practical application, screening of proper epoxide framework to its use was investigated. Many kinds of epoxides were synthesized by H2O2 oxidation process, and an evaluation of their physical properties were carried out. The line-up of epoxides were shown below; PETG, pentaerithritol tetrakis (trimethyrolpropyl) ether, pentaerithritol tetrasorbitolyl ether, and their dimers. The evaluation was carried out from three different point of view; 1) high temperature resistant properties, 2) good optical properties, 3) good electrical properties and weather resistance during a long term. We confirmed that PETG fulfilled the those three point of view to achieve a desired value.
4. Trial production of conductive adhesive and transparent top coat resin for silver nanowire
Trial production of conductive adhesive and transparent top coat resin for silver nanowire were carried out. The conductive adhesive developed in this project showed below values of 10 N strength of adhesive bonding and 10-3 Ωcm of resistivity to achieve the desired values. The transparent top coat resin for silver nanowire developed in this project showed below the value of 200 Ω/□ and over the value of 80% light transmittance to achieve the desired values.
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