JP2001151933A - 熱硬化性樹脂の分解処理方法およびリサイクル方法 - Google Patents

熱硬化性樹脂の分解処理方法およびリサイクル方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 工場などから排出される産業廃棄物や、一般
廃棄物中に大量に含まれる熱硬化性樹脂を、高速で、大
量に分解処理し、得られた低〜中分子量化合物を分離・
回収して、熱硬化性樹脂の原料として再利用するリサイ
クル方法を提供する。 【課題手段】 超臨界又は亜臨界状態の単核フェノール
類化合物又は水/単核フェノール類化合物混合物の溶液
中で、熱硬化性樹脂を可溶化処理することにより、分子
量200〜10,000のオリゴマーを主体とする低〜
中分子量化合物まで分解することを特徴とする熱硬化性
樹脂の分解処理方法、並びに、上記方法で回収した分子
量200〜10,000のオリゴマーを主体とする低〜
中分子量化合物を、熱硬化性樹脂の原料として再利用す
る熱硬化性樹脂のリサイクル方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、工場などから大量
に廃棄されている産業廃棄物や、一般廃棄物中に含まれ
る熱硬化性樹脂を分解処理する方法であり、更には、こ
の方法により、得られた低〜中分子量化合物を、熱硬化
性樹脂の原料として再利用するリサイクル方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】プラスチックの中でも熱硬化性樹脂は、
優れた電気絶縁性・耐熱性・機械的強度を示すため、電
気・電子部品、自動車部品等の材料として広く用いられ
ている。しかし、熱硬化性樹脂は、一旦、硬化すると、
熱により軟化・融解せず、溶剤にも溶解しないため、そ
の硬化物をプラスチック原料として再生することは、技
術的に困難であった。
【0003】熱可塑性樹脂については、その廃棄物の処
理方法として、超臨界状態又は亜臨界状態の水を溶媒と
して用いて、選択的に加水分解及び/又は熱分解する方
法が提案されている(特開平5−31000号公報)。
この方法では、セルロース、キチン、キトサン、ナイロ
ン、ポリエステル、ポリスチレン等の熱可塑性樹脂の加
水分解又は熱分解方法について検討されているが、加水
分解、熱分解の困難な熱硬化性樹脂については、なんら
検討されていない。また、熱可塑性の縮重合プラスチッ
クのケミカルリサイクル方法として、ポリカーボネート
(PC)のフェノール分解が、研究開発段階にあるとの
報告がある。(ケミカル・エンジニヤリング,41
(9),17(1996))しかし、分解条件等の詳細
は不明であり、PCから原料モノマーであるビスフェノ
ールA(BPA)の回収率は、70%程度とあまり高い
値ではない。さらには、熱硬化性樹脂については、なん
ら検討されていない。
【0004】上記のケミカルリサイクル技術は、主に熱
可塑性樹脂を対象としたものであるが、近年、熱硬化性
樹脂を対象とした手法も検討されてきている。
【0005】例えば、超臨界状態あるいは亜臨界状態の
水を用いて、熱硬化性樹脂を加水分解し、有用化合物を
選択的に回収する方法が検討されている。(特開平10
−24274号公報)この方法を用いれば、エポキシ樹
脂の酸無水物硬化物や芳香族ジアミン硬化物のように、
構造中にエーテル結合、エステル結合、酸アミド結合を
有する熱硬化性樹脂を、酸触媒や、アルカリ触媒を添加
することなく、400℃、37MPa、10分間程度の
条件で、完全にテトラヒドロフラン(THF)可溶まで
に、分解することが可能である。しかし、同じエポキシ
樹脂でも、フェノールノボラック硬化物のように、構造
中にメチレンを有する熱硬化性樹脂は、同じ400℃、
37MPa、10分間程度の条件での分解率は50wt
%程度と、あまり高い値ではない。また、フェノール樹
脂硬化物に至っては、超臨界水中でも非常に難分解性で
あり、400℃、37MPa、10分間の条件では、2
0wt%程度しかTHF可溶まで分解しない。
【0006】一方、アルカリ触媒を過剰に加えてアルカ
リ加水分解によって、フェノール樹脂硬化物からノボラ
ックを回収できることをSummersが報告している。(R.
M.Summers:j.Polym.Sci.,Poym.Chem.Ed.,16,1669(197
8))この方法で生成したノボラックはフェノール性水酸
基を有するために、添加したアルカリ触媒と塩を形成し
て、ノボラックのアルカリ塩として回収される。このノ
ボラックのアルカリ塩から、遊離のノボラックを分離、
精製して再利用するためには、ノボラックよりも強い酸
(例えば、塩酸、硫酸、酢酸、炭酸)で中和処理を行う
必要が生じる。また、中和処理により、触媒として添加
したアルカリは塩となるため、アルカリ触媒として、そ
のまま再利用することはできず、廃棄物として処理しな
ければならない。このような分離、精製工程での問題か
ら、アルカリ加水分解による分解処理は、有用な方法と
は言い難い。
【0007】また、フェノール樹脂硬化物の分解方法と
して、フェノール樹脂硬化物の3〜10倍というフェノ
ールとパラトルエンスルホン酸のような強酸触媒を用い
て、完全に分解可溶化する方法が提案されている。(堀
内光,大阪市立工業研究所報告, 38,57(1964))しかし、
この方法は、フェノール樹脂硬化物を可溶化するため
に、大量のフェノールが必要であり、可溶化するまでに
必要な時間も5時間程度かかるため、工業的に実用可能
な方法とは言い難い。さらに、触媒としてパラトルエン
スルホン酸のような強酸触媒を用いているため、アルカ
リによる中和処理の必要性や、イオン性不純物による電
気絶縁性の低下、長期的な信頼性の低下が問題となり、
再利用の用途が限定されてしまう。
【0008】このように、熱硬化性樹脂を短時間で効率
的に分解して、有用な低〜中分子化合物として回収、分
離、精製して再利用することは、広く望まれているが実
現できていない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を解決するため、種々の検討を行った結果なされたもの
である。その目的とするところは、主として、工場など
から排出される産業廃棄物や、一般廃棄物中に大量に含
まれていながら、これまでリサイクルが実現できていな
い熱硬化性樹脂を、高速で、大量に分解処理し、得られ
た低〜中分子量化合物を分離・回収して、熱硬化性樹脂
の原料として再利用するリサイクル方法を提供するもの
である。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明らは、超臨界又は
亜臨界状態の特定の溶液中で、熱硬化性樹脂を、可溶化
処理することにより、原料レベルまでに分解できること
を見いだし、本発明を完成するに至った。
【0011】即ち、本発明は、超臨界又は亜臨界状態の
単核フェノール類化合物又は水/単核フェノール類化合
物混合物の溶液中で、熱硬化性樹脂を可溶化処理するこ
とにより、分子量200〜10,000のオリゴマーを
主体とする低〜中分子量化合物まで分解することを特徴
とする熱硬化性樹脂の分解処理方法であり、上記方法で
回収した分子量200〜10,000のオリゴマーを主
体とする低〜中分子量化合物を、熱硬化性樹脂の原料と
して再利用する熱硬化性樹脂のリサイクル方法である。
【0012】また、上記熱硬化性樹脂において、好まし
くは、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹
脂よりなる群から選択された1種又は2種以上で、上記
単核体フェノール類化合物において、好ましくは、フェ
ノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン、アル
キル置換フェノールからなる群より選ばれる1種又は2
種以上であり、更に、分解処理工程で用いた単核フェノ
ール類化合物又は水/単核フェノール類化合物混合物
を、生成した分子量200〜10,000のオリゴマー
を主体とする低〜中分子量化合物から分離して、再び超
臨界又は亜臨界状態の単核フェノール類化合物又は水/
単核フェノール類化合物混合物の溶液として分解処理工
程で利用することでできるものである。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明の方法で分解される熱硬化
性樹脂は、それら単独では、硬化した樹脂、未硬化の樹
脂、樹脂を含有するワニス等であり、また、単独の熱硬
化性樹脂の他に、シリカ微粒子、ガラス繊維等の無機質
系や、木粉等の有機質系の充填剤を含む成形材料、もし
くは成型品、ガラス布のような無機質系や、紙、布等の
有機質系基材を用いた積層板、これに銅箔等の金属箔を
張り合わせた金属張り積層板、さらには、銅張り積層板
などを加工して得られるプリント回路板のような熱硬化
性樹脂製品等をも含むものとする。
【0014】また、熱硬化性樹脂の種類としては、特に
限定されるものではないが、本発明は、フェノール樹
脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステ
ル樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂等に対し好適で、こ
れらの内、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹
脂、ユリア樹脂について、特に効果的に適応できる。ま
た、これらは、2種以上混在していても良い。
【0015】本発明で熱硬化性樹脂から回収できる分子
量200〜10,000のオリゴマーを主体とする低〜
中分子量化合物は、通常、熱硬化性樹脂製品を製造する
際に用いられるプレポリマーと同程度の分子量であるた
め、必要に応じて精製を行うことにより、熱硬化性樹脂
製品の化学原料(プレポリマー)として再利用すること
ができる。ここで、分子量200〜10,000のオリ
ゴマーを主体とするとは、ここで示した分子量のオリゴ
マーが50%以上含まれることを言うが、主体とする前
記オリゴマーの他に含まれるオリゴマーとして、分子量
10,000以上のオリゴマーも含まれる。また、分子
量200〜10,000のオリゴマーとしては、通常の
熱硬化性樹脂の場合は、原料モノマーの2〜100核体
程度である。
【0016】本発明で熱硬化性樹脂の分解処理に用いる
単核体フェノール類化合物は、フェノール、クレゾー
ル、キシレノール、レゾルシン、アルキル置換フェノー
ル等が好ましく、これらからなる群より選ばれる1種又
は2種以上を用いることができる。コスト面および可溶
化反応に与える効果から、フェノールが、特に好まし
い。
【0017】本発明において、水と単核フェノール類化
合物混合物を用いる場合の両者の割合は、単核フェノー
ル類化合物100重量部に対して、水の好ましい下限値
が1重量部で上限値が500重量部であり、更に好まし
い下限値が5重量部で上限値が50重量部である。
【0018】本発明において、熱硬化性樹脂に対して用
いる水/単核フェノール類化合物の使用割合は、熱硬化
性樹脂100重量部に対して、50〜1,000重量部
の範囲が好適であり、望ましくは100〜400重量部
の範囲である。水/単核フェノール類化合物の使用割合
が上記の範囲よりも少なくなると、熱硬化性樹脂の可溶
化反応を円滑に進行させるのが困難になる。一方、上記
の範囲よりも多くなると、格別の効果は得られず、溶媒
を加熱するために要する熱量が増加するため、熱エネル
ギー的に不利になる。
【0019】また、可溶化処理に供する熱硬化性樹脂の
大きさは、特に限定されるものではないが、可溶化反応
がより短時間で進行するように、あらかじめ0.1〜1
0mm程度に粉砕することが好ましい。
【0020】本発明の可溶化処理方法は、高温高圧の条
件下で実施されるが、温度が200〜500℃程度で、
圧力が1〜60Mpa程度の範囲で、温度および圧力を
超臨界又は亜臨界の条件に調製すれば良いが、望ましく
は、温度が300〜450℃、圧力が2〜40MPa範
囲で温度および圧力を設定すれば良い。温度が上記の範
囲よりも低くなると、熱硬化性樹脂の可溶化反応速度が
小さいため、短時間での処理が困難になる。一方、上記
の温度範囲よりも高くなると、熱分解などの副反応が併
発して回収したオリゴマーの化学構造が変化するため、
熱硬化性樹脂製品の化学原料としての再利用が困難にな
る。また、反応時間は、1〜60分の範囲で調製できる
が、通常は3〜30分で可溶化分解処理が終了する。
【0021】本発明において、酸、アルカリ触媒等の反
応触媒を用いることもできるが、本発明の方法では、こ
れらを含めた反応触媒を用いなくとも分解処理が可能で
あり、この場合、分解処理後の触媒分離操作が必要無く
なるのが利点となる。
【0022】また、上記方法において、可溶化分解処理
して得られた分子量200〜10,000のオリゴマー
を主体とする低〜中分子量化合物は、分解処理後に、固
形分を分離して、溶液分を、蒸留や抽出などの方法によ
り、水やフェノール類から分離して得られるが、更に、
必要に応じて、精製を行い、熱硬化性樹脂の原料として
再利用することができる。
【0023】また、前記の分離処理により得られた、水
や単核フェノール類化合物を含むフェノール類との混合
液は、必要に応じて、新たに水や単核フェノール類化合
物を加えることにより、再び超臨界又は亜臨界状態の単
核フェノール類化合物又は水/単核フェノール類化合物
混合物の溶液として、分解処理工程で利用することがで
きる。
【0024】
【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明す
るが、本発明は、これによって何ら限定されるものでは
ない。
【0025】[実施例1]フェノール樹脂硬化物の分解 熱硬化性樹脂として、フェノール樹脂100重量部に対
しヘキサメチレンテトラミン15重量部を配合して、1
50℃で15分間加圧成形して、さらに180℃で4時
間の熱処理を加えたフェノール樹脂硬化物を用いた。
【0026】小型回分式反応器(内容積5cm3、Ha
steroy C−276製)に、粒径0.25−0.
50mmに粉砕した上記フェノール樹脂硬化物0.25
g、フェノール3.1gを仕込み、内部をアルゴンで置
換して封入した。反応器を流動砂浴に投入して、急速に
加熱して内温を380℃とすることで、反応器内圧を3
MPaまで上昇させ、高温高圧状態とした。380℃、
3MPaで10分間保った後、反応器をエアーガンで冷
却して、常温常圧に戻した。分解反応後の生成物は、水
で溶解させたのち、1.0μmのフィルターでろ過し
て、ろ液を水可溶分とした。ろ過した後のフィルターに
残った水不溶分は、テトラヒドロフラン(以下THFと
略す)で溶解させたのち、1.0μmのフィルターでろ
過し、ろ液をTHF可溶分とした。フィルターに残った
THF不溶残渣は、100℃で12時間乾燥させたのち
秤量した。
【0027】その結果、フェノール樹脂硬化物の約95
wt%が分解して、水可溶分、およびTHF可溶分とな
った。水可溶分をガスクロマトグラフィー(検出器FI
D)(以下、GC−FIDと略す)により分析を行った
ところ、溶媒として加えたフェノールが未反応で残存し
ている以外には、副生成物がほとんど存在しなかった。
また、THF可溶分を、ゲル・パーミエーション・クロ
マトグラフィー(以下、GPCと略す)により分析を行
ったところ、数平均分子量(以下Mn)700、重量平
均分子量(以下Mw)5,000のオリゴマーが生成し
ていることを確認した。
【0028】[実施例2]フェノール樹脂硬化物の分解 実施例1において、反応温度を380℃に代え400℃
に設定した他は、実施例1と同様な操作を行い、分解反
応を行った。その結果、フェノール樹脂硬化物の約98
wt%が分解して、水可溶分、およびTHF可溶分とな
った。水可溶分をGC−FIDにより分析を行ったとこ
ろ、溶媒として加えたフェノールが未反応で残存してい
る以外には、副生成物がほとんど存在しなかった。ま
た、THF可溶分をGPCにより分析を行ったところ、
Mn700、Mw3,800のオリゴマーが生成してい
ることを確認した。
【0029】[実施例3]フェノール樹脂硬化物の分解 実施例1において、反応温度を380℃に代え430℃
に設定した他は、実施例1と同様な操作を行い、分解反
応を行った。その結果、フェノール樹脂硬化物の約98
wt%が分解して、水可溶分、およびTHF可溶分とな
った。水可溶分をGC−FIDにより分析を行ったとこ
ろ、溶媒として加えたフェノールが未反応で残存してい
る以外には、副生成物がほとんど存在しなかった。ま
た、THF可溶分をGPCにより分析を行ったところ、
Mn850、Mw6,300のオリゴマーが生成してい
ることを確認した。
【0030】[実施例4]フェノール樹脂硬化物の分解 実施例1において、反応温度を380℃に代え360℃
に設定した他は、実施例1と同様な操作を行い、分解反
応を行った。その結果、フェノール樹脂硬化物の約70
wt%が分解して、水可溶分、およびTHF可溶分とな
った。水可溶分をGC−FIDにより分析を行ったとこ
ろ、溶媒として加えたフェノールが未反応で残存してい
る以外には、副生成物がほとんど存在しなかった。ま
た、THF可溶分をGPCにより分析を行ったところ、
Mn800、Mw6,500のオリゴマーが生成してい
ることを確認した。
【0031】[実施例5]フェノール樹脂硬化物の分解 実施例1において、フェノール3.1gに代えてフェノ
ール3.1gと水0.5gを加え、反応温度を380℃
に代え360℃に設定した他は、実施例1と同様な操作
を行い、分解反応を行った。その結果、フェノール樹脂
硬化物の約88wt%が分解して、水可溶分、およびT
HF可溶分となった。水可溶分をGC−FIDにより分
析を行ったところ、溶媒として加えたフェノールが未反
応で残存している以外には、副生成物がほとんど存在し
なかった。また、THF可溶分をGPCにより分析を行
ったところ、Mn740、Mw6,600のオリゴマー
が生成していることを確認した。
【0032】[実施例6]フェノール樹脂硬化物の分解 実施例1において、フェノール3.1gに代えてフェノ
ール3.1gと水1.0gを加え、反応温度を380℃
に代え360℃に設定した他は、実施例1と同様な操作
を行い、分解反応を行った。その結果、フェノール樹脂
硬化物の約64wt%が分解して、水可溶分、およびT
HF可溶分となった。水可溶分をGC−FIDにより分
析を行ったところ、溶媒として加えたフェノールが未反
応で残存している以外には、副生成物がほとんど存在し
なかった。また、THF可溶分をGPCにより分析を行
ったところ、Mn850、Mw9,800のオリゴマー
が生成していることを確認した。
【0033】[実施例7]フェノール樹脂成形材料の分
解 実施例1において、フェノール樹脂硬化物の代わりに、
フェノール樹脂成形材料(樹脂:44wt%、有機フィ
ラー:42wt%、無機フィラー:14wt%含有)約
0.57gを用いた他は、実施例1と同様な操作を行
い、分解反応を行った。その結果、樹脂成分、有機フィ
ラーはほとんど完全に分解して水可溶分、およびTHF
可溶分となった。水可溶分、THF可溶分をGC−FI
Dにより分析を行ったところ、溶媒として加えたフェノ
ールが未反応で残存している以外に、有機フィラー成分
由来と考えられる化合物が生成していた。THF可溶分
をGPCにより分析を行ったところ、Mn700、Mw
5,000のオリゴマーが生成していることを確認し
た。また、無機フィラーはTHF不溶残渣として回収
し、樹脂成分、有機フィラーと完全に分離できた。
【0034】[実施例8]フェノール樹脂積層板端材の
分解 実施例1において、フェノール樹脂硬化物の代わりに、
フェノール樹脂積層板端材(紙:51wt%、樹脂:4
9wt%含有)約0.5gを用いた他は、実施例1と同
様な操作を行い分解反応を行った。その結果、樹脂成
分、紙成分はほとんど完全に分解して水可溶分、および
THF可溶分となった。水可溶分、THF可溶分をGC
−FIDにより分析を行ったところ、溶媒として加えた
フェノールが未反応で残存している以外に、紙成分由来
と考えられる化合物が生成していた。THF可溶分をG
PCにより分析を行ったところ、Mn 500、Mw
3000のオリゴマーが生成していることを確認した。
【0035】[実施例9]エポキシ樹脂積層板端材の分
解 実施例1において、フェノール樹脂積層板端材の代わり
に、エポキシ樹脂積層板端材(銅箔:10.9wt%、
ガラスクロス:21.7wt%、フィラー:28.2w
t%、樹脂:39.2wt%含有)0.5gを用いた他
は、実施例1と同様な操作を行い、分解反応を行った。
その結果、樹脂成分はほとんど完全に分解して水可溶
分、およびTHF可溶分となった。水可溶分、THF可
溶分をGC−FIDにより分析を行ったところ、溶媒と
して加えたフェノールが未反応で残存している以外に、
樹脂成分由来と考えられる化合物が生成していたまた、
銅箔成分、ガラスクロスはTHF不溶残渣として回収し
て、樹脂成分と完全に分離できた
【0036】[実施例10]実施例6において、分解後
に回収した水可溶分を減圧蒸留することで、水/フェノ
ール混合溶液3.0g(水0.8g、フェノール2.2
g)を分離した。続いて、実施例6において、反応溶媒
として、分離・回収した水/フェノール混合溶液3.0
g(水0.8g、フェノール2.2g)と新たに水0.
2g、フェノール0.9gを加えた他は、実施例6と同
様な操作を行い、分解反応を行った。その結果、フェノ
ール樹脂硬化物の約60wt%が分解して、水可溶分、
およびTHF可溶分となった。水可溶分をGC−FID
により分析を行ったところ、溶媒として加えたフェノー
ルが未反応で残存している以外には、副生成物がほとん
ど存在しなかった。また、THF可溶分をGPCにより
分析を行ったところ、数平均分子量(以下Mn)85
0、重量平均分子量(以下Mw)9800のオリゴマー
が生成していることを確認した。
【0037】[比較例1]フェノール樹脂硬化物の分解 実施例1において、フェノール3.1gに代えて水3.
0gのみを加え、反応温度を380℃に代え360℃に
設定した他は、実施例1と同様な操作を行い、分解反応
を行った。その結果、フェノール樹脂硬化物の約10w
t%が分解して、水可溶分、およびTHF可溶分となっ
た。水可溶分をGC−FIDにより分析を行ったとこ
ろ、微量のフェノール類化合物が生成していること確認
した。
【0038】
【発明の効果】本発明の方法によれば、これまで産業廃
棄物や一般廃棄物中などに大量に含まれていながら、リ
サイクルが実現できていなかった熱硬化性樹脂を、超臨
界又は亜臨界状態の水/単核フェノール類化合物混合物
の溶液中で、可溶化処理することにより、分子量200
〜10,000のオリゴマーを主体とする低〜中分子量
化合物まで、高速で大量に分解することができ、また、
上記方法で回収した分子量200〜10,000のオリ
ゴマーを主体とする低〜中分子量化合物を、熱硬化性樹
脂の原料として再利用することができる有用な方法であ
る。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超臨界又は亜臨界状態の単核フェノール
    類化合物又は水/単核フェノール類化合物混合物の溶液
    中で、熱硬化性樹脂を可溶化処理することにより、分子
    量200〜10,000のオリゴマーを主体とする低〜
    中分子量化合物まで分解することを特徴とする熱硬化性
    樹脂の分解処理方法。
  2. 【請求項2】 熱硬化性樹脂が、フェノール樹脂、エポ
    キシ樹脂、ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、
    メラミン樹脂、ユリア樹脂よりなる群から選択された1
    種又は2種以上である請求項1に記載の熱硬化性樹脂の
    分解処理方法。
  3. 【請求項3】 単核体フェノール類化合物が、フェノー
    ル、クレゾール、キシレノール、レゾルシン、アルキル
    置換フェノールからなる群より選ばれる1種又は2種以
    上であることを特徴とする、請求項1または2に記載の
    熱硬化性樹脂の分解処理方法。
  4. 【請求項4】 分解処理工程で用いた単核フェノール類
    化合物又は水/単核フェノール類化合物混合物を、生成
    した分子量200〜10,000のオリゴマーを主体と
    する低〜中分子量化合物から分離して、再び超臨界又は
    亜臨界状態の単核フェノール類化合物又は水/単核フェ
    ノール類化合物混合物の溶液として分解処理工程で利用
    することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に
    記載の熱硬化性樹脂の分解処理方法。
  5. 【請求項5】 請求項1〜4のいずれか1項に記載の分
    解処理方法により、熱硬化性樹脂を分解して得た分子量
    200〜10,000のオリゴマーを主体とする低〜中
    分子量化合物を、熱硬化性樹脂の原料として再利用する
    熱硬化性樹脂のリサイクル方法。
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