成功实现氟塑料的室温分解和再利用 - 为高度安全且可持续的氟资源循环做出贡献 -

演示要点

〇成功在常温常压下短时间内将氟树脂“聚偏二氟乙烯（PVDF）”分解为含有氟化钾（KF）的黑色粉末，并将该黑色粉末命名为“KF黑”
〇KF Black可直接用作氟化试剂，并可通过水洗回收为纯氟化钾
〇 实现了 KF 的新生产路线，此前 KF 是通过萤石 (CaF2) 和有毒氟化氢 (HF) 生产的
〇 通用性强，适用于其他氟塑料（PTFE、PCTFE、ETFE等）

总结

V体育的研究小组，包括Masashi Hattori先生（纳米医学科学联合专业一年级）、Debarshi Saha研究员（研究当时：生命和应用化学系）、Muhamad Zulfaqar Bacho先生（纳米医学科学联合专业三年级）和Tetsuo Shibata教授（生命和应用化学系），是一个专注于关于氟塑料（含氟聚合物）^（*1）在室温和压力下短时间内转化为KF^（*2）我们已经成功开发了该技术。

该方法可应用于多种氟塑料，并显示出极高的效率，特别是对于氟树脂聚偏二氟乙烯（PVDF），只需一小时即可几乎定量分解。此外，PVDF的分解产物是一种黑色粉末，研究小组将其命名为“KF黑”。KF黑不仅可以通过水洗回收为纯KF，而且还可以作为一种实用的氟化试剂，可以直接用于有机化合物中的氟引入反应。传统上，KF 是通过有毒的 HF 从自然资源 CaF2 中生产的。该技术可以不使用任何HF，以预定废弃的PVDF为原料获得KF，作为一种高度安全且可持续的氟资源回收技术而受到关注。经证实，该方法可应用于同样具有高稳定性的聚四氟乙烯（PTFE）的分解，有望开辟有机氟化学的新领域，成为一项有助于实现环保社会的技术。

该研究成果发表在国际学术期刊《'' 在线版本。

研究背景

有机氟化合物在医药、农药、半导体材料、锂离子电池、制冷剂等多种工业领域发挥着重要作用，其全球需求量逐年增长。在氟化合物的合成中，经常使用将广泛用作氟资源的CaF2转化为有毒HF的工艺。然而，HF具有剧毒，处理时需要高水平的安全管理，而且CaF2本身是一种有限资源，在中国和南美等特定地区分布不均，引发了对未来供应不稳定的担忧。

另一方面，PVDF和PTFE等氟树脂由于其优异的耐热性和耐化学性而被用于多种用途，但它们在使用后难以回收，并且焚烧存在许多问题，因此大多数都被丢弃在垃圾填埋场。也有报道称将PVDF加热到约500℃使其分解并产生HF的方法，但由于能源效率和安全问题，该方法尚未投入实际应用。

因此，从安全性和可持续性的角度来看，建立不依赖HF的新型氟化学以及氟树脂废物的有效利用已成为重要的国际问题。

在这项研究中，作为解决这些问题的一种手段，我们开发了一种机械化学方法，利用 PVDF 生成 KF，并计划在室温和压力下在短时间内进行处理（图 1）。这项创新技术使得在不使用传统HF的情况下安全高效地获得KF成为可能，为可持续的有机氟化合物合成工艺提供了新的选择。此外，该方法不仅可以应用于PVDF，还可以应用于各种氟塑料，有助于氟资源回收利用并减少对环境的影响。

研究内容

实验结果，叔丁醇钾 (KOtBu)，使用四氢呋喃(THF)作为液体搅拌助剂(LAG)的条件被发现是最有效的，并且我们成功地高效生产了氟化钾(KF)。由于所得产品呈黑色粉末形式，该研究小组将其命名为“KF Black”。通过粉末X射线衍射（XRD）、红外光谱（IR）和拉曼光谱、扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线光谱（EDS）测定了KF黑的结构和物理性能。^(*3) 具有结构的不饱和碳骨架^(*4)该KF黑无需纯化即可进行亲核氟化反应^(*5)适用于各种亲电子试剂^(*6)反应，我们能够合成有机氟化合物（图3）。

我们还发现该方法可以应用于乙烯四氟乙烯（ETFE）、PTFE和聚三氟氯乙烯（PCTFE）等多种氟塑料的分解（图4）。

社会意义与未来前景

这项研究提出了一种可持续且安全的氟资源循环模型，可以从废弃的氟树脂中生产有用的氟化学试剂，而不使用有害的氟化氢 (HF)。未来，预计该技术将应用于从回收的氟树脂中回收氟以及对多种氟化合物进行无害化。此外，作为一项新技术，它预计将吸引越来越多的业界关注，该新技术可显着提高药物、农用化学品和材料化学中氟引入反应的安全性和多功能性。该研究小组旨在通过规模化和工业化应用，为实现可持续氟化学做出贡献。
　
这项研究基于日本科学技术振兴机构 (JST) 战略创意研究促进项目。本项目是在CREST研究领域“用于分解、降解和稳定的精密材料科学”（研究导师：高原淳（九州大学））的研究项目“氟材料的精确分解以实现氟循环社会”（研究代表：柴田哲夫）（课题编号JPMJCR21L1）的支持下进行的。

论文信息

论文标题：将含氟聚合物转化为含氟化合物的机械化学途径
作者姓名：Masashi Hattori、Debarshi Saha、Muhamad Zulfaqar Bacho、Norio Shibata*
*通讯作者
发表在《自然化学》上
发布日期：2025 年 6 月 27 日
DOI：101038/s41557-025-01855-3
网址：

术语表

(*1) 氟聚合物（氟塑料）
分子结构中含有氟原子的聚合物树脂，具有非粘着性、低摩擦性、耐化学性、耐热性、电绝缘性、耐候性等优异性能。化学结构的差异提供了独特的高功能性。 PVDF、PTFE、ETFE、PCTFE等是已知的。

(*2) 机械化学合成
利用球磨机等强力机械搅拌进行有机合成反应的新技术。通过使用该技术，可以使有机合成中难以处理的溶解性差的化合物（未使用的材料）发生反应，并且具有显着推进有机合成的潜力。

(＊3) 非晶态
不具有规则结构的物质状态，例如晶体。

(*4)不饱和碳骨架
碳原子之间含有双键或三键的有机化合物的结构。

(＊5)亲核氟化反应
使用F - （F负）作为活性物质的氟化反应。

(*6) 亲电试剂
也称为亲电子试剂。指在产生化学键的反应中接受电子的化学物质。

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