JPH0126614B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高エネルギー放射線に対して安定化さ
れた照射高分子材料に関する。より詳細には本発
明は放射線安定化されかつ滅菌された、柔軟な、
変色していない半結晶質ポリマーに関する。

ポリオレフイン（このうちポリプロピレンが本
発明に関して最も重要である）を含む半結晶質高
分子材料は、その製造後に照射滅菌法で処理され
る物品の製造にしばしば用いられる。たとえば保
健医療の分野ではこれらの滅菌可能な物品には注
射器、チユーブおよびチユーブアセンブリー、微
生物学用プラスチツク材料、フラスコ、パツケー
ジフイルムなどが含まれる。これらの半結晶質高
分子材料が適切に安定化されていない場合には、
0.1メガラツド以上の水準の高エネルギー放射線
で照射すると変色し、脆化することが周知であ
る。

照射後、酸化分解は照射終了後に開始する。高
分子材料の結晶領域に捕獲された遊離基は徐々に
非晶質領域へ移動し、ここで放射線誘発性の遊離
基分解の枝分れ連鎖反応への遊離基の帰与の大部
分を起こす。従つてこれら高分子材料（たとえば
ポリプロピレン）の機械的特性の破壊は照射直後
には明瞭ではないが、時間の経過に伴つて脆性が
次第に顕著になる。半結晶質高分子材料製の多く
の医療用製品は滅菌のために高エネルギー放射線
で照射されるので、これらの材料を0.5〜６メガ
ラドまたはこれよりも若干高い領域における放射
線損傷に対してほぼ不感受性にし、一方材料に許
容できない変色を生じることのない満足すべき安
定剤を開発する研究が行われている。

脆化を少なくさせるように半結晶質高分子材料
の安定性を改良する試みが最近幾つかなされた。
たとえば米国特許第4110185号および第4274932号
明細書には、滅菌線量の高エネルギー放射線で照
射した半結晶質ポリマーからなる柔軟な滅菌済み
物品が記載されている。しかしこれら特許発明は
双方ともポリマーに流動性を与える量の半結晶質
の流動化用添加物（mobilizing additive）を含
有させることによる。これらの材料は、特に脆化
の問題に関しては著しい改善を示すが、流動化用
添加物（好ましくは炭化水素油）を含有させるこ
とにより若干の望ましくない副作用が生じる。特
に油を流動化用添加物として用いることにより時
には取扱いの問題が生じ、また最終製品が通常目
盛を有する注射器などである場合、高分子材料中
の油のため目盛等の刻印工程が困難になる。従つ
て、上記各特許の材料は高エネルギー照射後に高
分子材料の柔軟性は改善しまたは維持するが、望
ましくない副作用が除かれることはこれらの材料
の製造業者または利用者に望まれている。

ポリオレフインを熱酸化および光酸化から保護
するために安定剤を使用することは知られてお
り、文献に報告されている。たとえばドツジ
（Tozzi）らは“ポリプロピレン繊維の安定化に
おける最近の進歩”（テクスタイル・リサーチ・
ジヤーナル、vol.48、433−436頁、1978）にポリ
プロピレンのマルチフイラメントの光安定化のた
めに立体障害アミン型の新規な光安定剤２種を記
載している。トツジらは、立体障害アミンは恐ら
く遊離基除去剤として直接に作用するのではな
く、除去剤として実際に働く化合物はこのアミン
がパーオキシラジカルにより、または一重項酸素
により酸化されることによつて形成されるきわめ
て安定なＮ−オキシラジカルであることを示唆し
ている。従つてトツジらは、これらのラジカルが
もつ安定化作用は、照射および照射後酸化の結果
ポリマー中に形成される安定性のより低いラジカ
ルをこれらが捕捉しＮ−オキシラジカルの再生、
および最終的に不活性化合物の生成を伴うことに
基づくらしいと考えている。

高エネルギー照射の結果としての高分子材料
（たとえばポリオレフイン）の変色および放射分
解（radiolysis）は、その機構を完全に理解する
ためのみでなく、それを防止しまたは除くための
機構を調べるためになお研究されている。ここで
用いる放射分解は化学結合の破壊をもたらす高エ
ネルギーのまたは電離性の放射線に関するもので
ある。たとえば３メガラド程度の高エネルギー放
射線量が分子材料により吸収されると、このエネ
ルギーは光電効果（コンプトン効果）およびさら
に少量の電子対の生成によつて急速に材料全体に
分散する。生成した高エネルギー種（たとえば高
エネルギー電子および遊離基）はそれらのエネル
ギーを急速に材料中へ分散させ、さらにイオン化
および結合の破壊を生じ、遊離基を形成する。上
記に述べた高エネルギー種個々のものはきわめて
短かい半減期をもち、きわめて速かに消失する
が、高分子材料中に形成された遊離基群としては
きわめて長寿命であり、短寿命な遊離基の連鎖生
長反応によつて保持される。ポリプロピレンの非
晶質領域においては、遊離基は急速に消失する。
しかし板状晶の内部では、制限された易動度と遊
離基安定化の効果的な機構とが一緒になつて、プ
ラスチツクが吸収したエネルギーの一部が貯蔵さ
れる。その結果、コンデンサー様結晶から徐々に
放出される遊離基によつて供給されるため高分子
材料の遊離基分解は照射後数年間続く。高分子材
料の分解の大部分をなすこれらの遊離基を除去
し、または捕捉することが希望する安定化をもた
らす一機構である。

さらに、高エネルギー照射に伴つてその後起こ
る分解は酸素の存在下ではいつそう劣悪である。
分子状酸素はダイラジカル（１分子中に２個のラ
ジカルを有する）であり、放射線により生じた遊
離基が消失する際、これは酸素にとつて効果的に
起こるスピン可能な過程であり、パーオキシラジ
カルを与える。こうして形成されたパーオキシラ
ジカルは材料の自己触媒的な遊離基分解に導く可
能性がある。従つて、遊離基捕捉は高分子材料た
とえばポリプロピレンの安定化にとつて望ましい
機構である。

ポリマー中の添加物が放射線により誘発された
遊離基と反応して、連鎖反応を再開し得ないほど
安定な遊離基を形成するならば、これらの添加物
はポリマーを放射線に対して安定化するはずであ
る。フエノール系安定剤は機械的特性を維持する
ことはできるが、フエノール系遊離基化学反応生
成物の芳香環中に不対電子スピンが非局在化する
ため、照射後にポリプロピレンが著しく黄変す
る。この変色を除くためには、非芳香族の系たと
えば立体障害アミンを遊離基トラツプの形成に用
いることが望ましい。

立体障害アミンによる最も重要な保護機構に関
しては、現在多くの論議がある。アレンら（“ポ
リプロピレンの光安定化における立体障害ピペリ
ジン系安定剤とヒドロキシ置換された芳香族カル
ボニル化合物との相互作用”、ジヤーナル・オ
ブ・アプライド・ポリマー・サイエンス、vol27、
2761−2772頁、1982）はチヌビン（Tinuvin）
770立体障害アミン（チバーガイギー社）、ベンゾ
フエノン誘導体、およびアントラキノン誘導体な
らびにこれらの材料の組合せを含有するポリプロ
ピレンの紫外線安定性について研究を行つた。異
なる振動数の紫外エネルギーを使用し、異なる化
学性が生じることが認められた。近紫外線（低エ
ネルギー）に対する保護はチヌビン770単独の場
合よりもUV531（２−ヒドロキシ−４−ｎ−オク
トキシベンゾフエノン）または１−ヒドロキシア
ントラキノンを含むチヌビン770の場合の方が良
好であつた。より高エネルギーの紫外線に対する
保護はチヌビン単独の場合よりもベンゾフエノン
を含むチヌビンの場合の方が良好であつた。興味
深いことにアレンらの研究は、用いる紫外光子の
エネルギーに応じて添加物の組合せ効力に逆転が
あることを示している。過酸化物の分解が340n
ｍ以上の波長の紫外線に対するチヌビン770によ
る安定化の最も重要な位置であるという彼らの結
論は、チヌビン770が遠紫外線（340nｍ以下）に
よる分解は阻止せず近紫外線によるポリマー分解
を阻止するという所見に基づくものであつた。ア
レンらの研究は、ベンゾフエノンが近紫外線では
なく遠紫外線（340nｍ以下）に対するＴ−770配
合物の安定性を改善し、これに関してその効果は
拮抗的であることを示している。１−ヒドロキシ
アントラキノンを同様にＴ−770配合物に関して
用いた場合、振動数の効果は逆転した。彼らはそ
の研究によりポリマー分解の機構、従つて候補と
なる安定剤組合せの効力は照射光子のエネルギー
に依存することを明確に示した。従つて太陽輻射
線に対して高い安定性を与える組合せが必ずしも
340nｍ以下の紫外線または電離性放射線に関し
ても有効であるとは限らないであろう。

ポリアルキルピペリジン誘導体に関する他の光
安定化は米国特許第4314933号および第4344876号
明細書に記載されている。これら２特許の主題は
各種立体障害アミンのいずれかを用いてラツカー
樹脂を光、温度および酸素に対して安定化させる
ことに関する。列記された立体障害アミン化合物
の１つは２−ヒドロキシベンゾフエノン部分をも
つ。しかし米国特許第4314933号明細書（その18
欄30行以下）には紫外線吸収剤および他の一般的
な安定剤の添加により紫外線に対しより大きな安
定性が得られる指摘されている。これは相乗作用
について述べたものではなく、きわめて古くかつ
すでに理解されている光安定剤の原理を繰り返し
たものにすぎない。より多くの紫外線がプラスチ
ツクから排除されるほど、紫外線誘発性の分解は
より少なくなるであろう。しかし必ずしもすべて
の吸光剤が立体障害アミンと協同するとは限らな
いであろう。たとえば立体障害アミンと併用する
ことが示唆されている有機ニツケル化合物の多く
はヒドロパーオキシド分解剤であり、チオエステ
ルと全く同じようにこれを立体障害アミンに添加
するとポリプロピレンの安定性は低下するであろ
う。米国特許第4314933号明細書に列記された物
質のあるものによつて相乗作用が達成されるが、
同じ型のわずかに異なる化学物質によつて拮抗作
用が起こることは証明されている。従つて上記の
特許権者は広範な一般的特徴づけを行つている
が、立体障害アミンと特定の化合物の間にある相
乗効果については述べていない。

以上の研究および特許発明にもかかわらず、ポ
リマーの放射分解、酸化および安定化という未解
決の問題がなお残されている。本発明の発明努力
が向けられたのはこれらの問題の解決、あるいは
少なくともこれらよりも改善することである。

本発明により放射線に対して安定化されかつ滅
菌された柔軟な物品は、20〜90％の結晶含量をも
つポリオレフインからなる。このポリマーは滅菌
線量の高エネルギー放射線により照射され、一方
放射線に対して安定化する量の立体障害ピペリジ
ン化合物およびその物品を放射分解に対して、柔
軟性を保持したまま実質的に抵抗性となすのに十
分なレゾルシノールモノベンゾエートを含有す
る。

本発明の他の観点において、ポリオレフインポ
リマーを放射線滅菌可能にするための方法には、
放射線に対し安定化する量の立体障害ピペリジン
化合物および該ポリマーを放射分解に対して、そ
の柔軟性を保持したまま実質的に抵抗性となすの
に十分なレゾルシノールモノベンゾエートを含有
し、20〜90％の結晶含量を有するポリオレフイン
ポリマーを滅菌線量の高エネルギー放射線で照射
することが含まれる。

本発明の原理によれば、ポリオレフイン、特に
ポリプロピレンが滅菌可能となり、高エネルギー
放射線に対して安定化される。立体障害ピペリジ
ンおよびレゾルシノールモノベンゾエートによつ
て、単独で作用する個々の物質では高い線量の照
射を施される高分子材料に普通は与えないであろ
うと思われる相乗作用の水準の安定化を与える。
これらの放射線に対する安定化用添加物を含有す
る高分子材料においては、照射後の酸化が実質的
に低下する。同時に、ポリマーと放射線安定化用
添加物の好ましい組合せは照射後酸化に対して良
好な抵抗性を示すのみでなく、他方柔軟性は保持
する。これらの特色は、改良された高分子材料が
普通は使用前に滅菌される注射器、フイルムパツ
ケージその他の医療用具などの物品に作られる場
合に特にきわめて有利である。

本発明は多種多様な形態の実施態様により満た
されるが、以下に本発明の好ましい実施態様を記
載する。ただしこの記述は本発明の原理の一例で
あると考えるべきであり、本発明をここに示した
実施態様に限定することを意図するものではな
い。本発明の範囲は特許請求の範囲およびそれら
と同等のものにより判断されるであろう。

本発明によれば、用いられるポリオレフインポ
リマーは半結晶質ポリマーであり、この種のポリ
マーは20〜90％、好ましくは40〜80％程度の結晶
含量をもつ。ポリオレフインポリマーは１種また
は２種以上のモノマーから成つていてもよく、ポ
リマーという語は一般にホモポリマーおよびコポ
リマー（２種以上のモノマー）を意味する。適切
なポリマーの代表例はプロピレン、エチレン、オ
キシメチレン、ブチレンなどのポリマーであり、
好ましいポリマーはポリプロピレンである。

ポリオレフインポリマーには放射線に対し安定
化する量の２成分が含有される。すなわち物品を
放射後分解に対して実質的に抵抗性となし、その
柔軟性は維持するのに十分な立体障害ピペリジン
化合物および他の安定化用添加物である。特にビ
ス（立体障害ピペリジン）化合物を本発明に使用
することが好ましい。本発明に使用するために受
容できるビス（立体障害ピペリジン）の代表例は
以下のものであるが、これらに限定されるもので
はない。

セバシン酸ビス（２，２，６，６−テトラメチ
ル−４−ピペリジニル）；マロン酸ビス（１，２，
２，６，６−ペンタメチル−４−ピペリジニル）
−２−ｎ−ブチル−２−（３，５−ジ−第三ブチ
ル−４−ヒドロキシベンジル）；およびセバシン
酸ビス（１，２，２，６，６−ペンタメチル−４
−ピペリジニル）。これらの立体障害ピペリジン
は一般にそれぞれチヌビン770、チヌビン144およ
びチヌビン292と呼ばれ、チバーガイキー社から
入手される。

立体障害ピペリジン系安定剤をポリマーに含有
させる場合、その量は一般に約0.01〜5.0重量％、
好ましくは約0.05〜3.0重量％である。

本発明によれば立体障害ピペリジン化合物のほ
かにレゾルシノールモノベンゾエートをポリマー
に含有させる。レゾルシノールモノベンゾエート
（RMB）は適切な振動数の紫外線に照射すると
転位してベンゾフエノン構造になる。

レゾルシノールモノベンゾエートをポリマーに
含有させる場合、これは一般に0.01〜5.0％、好
ましくは0.05〜3.0％（すべて重量による）の量
で存在する。

立体障害ピペリジン化合物およびレゾルシノー
ルモノベンゾエートのほかに、ポリマーには当技
術分野で一般に用いられる他の添加物、たとえば
内部滑剤、抗酸化剤、防腐剤、充填剤などを含有
してもよい。特に本発明に使用することが望まし
い内部滑剤の一例はステアリン酸の金属塩、たと
えばステアリン酸ナトリウムまたはステアリン酸
カルシウムである。

上記高分子材料から製造される物品を滅菌する
ために、高エネルギー放射線を用いる。ポリマー
はコバルト60、高エネルギー電子、Ｘ線、電子ビ
ーム放射線、γ線、フアンデグラフ起電機、中性
子衝撃などを含む各種線源のいずれかによつて高
エネルギー照射される。一般に、滅菌照射線量は
0.5〜６メガラツドであり、代表的な線量は1.0〜
3.5メガラツドである。これよりも低いかまたは
高い用量を採用することもできるが、一般にはそ
の必要はないと解される。

以下の具体例はここに記載した本発明を例示す
るために示されるものであり、本発明をこれらの
実験例に限定するものではない。

参考例 １ ポリプロピレンを0.1％のチヌビン770、0.1％
の４−ドデシルオキシ−２−ヒドロキシベンゾフ
エノン（イーストマン DOBP）、および0.1％の
ステアリン酸カルシウムと混合した。この調合物
を空気中で5.4メガラツドに照射した。ポリマー
の相対的照射安定性を評価するために用いる主な
分析法として、カルボニル指数を採用した。この
種のカルボニル指数を用いることにより、各種照
射度のポリマーの照射安定性を簡単に比較するこ
とができる。このカルボニル指数を採用する際、
高い値は低い安定性を示し、低い値は高い安定性
を示す。上記のポリプロピレン調合品をコバルト
60の使用により5.4メガラツド照射したのち、調
合品を60℃に保持した。21日後にカルボニル指数
は0.35であると判定された。比較として、また対
照の目的で上記の調合に従つて、ただしイースト
マン DOBPを含有させずにポリプロピレン調合
品を混合した。60℃で5.4メガラツド照射ののち、
21日目のこの材料（DOBP不含）のカルボニル指
数は0.40であつた。チヌビン770およびDOBPを
含むポリプロピレン調合品はコバルト照射後酸化
に対して良好な抵抗性を示し、認めうる変色は示
さなかつた。

実施例 １ ポリプロピレンを0.1％のチヌビン144、0.1％
のレゾルシノール モノベンゾエート（イースト
マンRMB）、および0.1％のステアリン酸ナトリ
ウムと混合した。この調合品を空気中でコバルト
60を用いて5.4メガラツドに照射した。照射のの
ち、試料を60℃に21日間保持した。この時点でカ
ルボニル指数は0.30であると判定された。比較に
際してはポリプロピレン調合品をチヌビン144と
混合したが、RMBは使用しなかつた。60℃で5.4
メガラツドおよび21日間の照射ののち、そのカル
ボニル指数は0.36であると判定された。この実験
で調合されたものでは、チヌビン144および
RMBを含むポリプロピレン調合品が照射後酸化
に対して最も高い抵抗性を示した。０日目に60℃
で０メガラツド5.4メガラツドまでの照射におい
てカルボニル指数の変化はごくわずかであり、同
様に60℃で０〜21日保存後も変化はごくわずかで
あつた。しかし、このポリプロピレン調合品は照
射後に褐色に変色し、このため保健医療の分野に
おける多くの物品にとつては望ましくないものと
なつた。しかし調製されたもののうち最も安定で
あるため、関心をもつに値する。

参考例 ２ ポリプロピレンを0.1％のチヌビン770、0.1％
のベンゾフエノン、および0.1％のステアリン酸
ナトリウムと混合した。この調合品を空気中でコ
バルト60を用いて5.4メガラツドで照射した。照
射後に試料を60℃に21日間保持した。その後カル
ボニル指数は0.36であると判定された。この調合
品の照射ののち変色を認められなかつた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 20〜90％の結晶含量を有するポリオレフイ
   ン； 立体障害ピペリジン系安定剤0.01〜5.0重量
   ％；および レゾルシノールモノベンゾエート0.01〜5.0重
   量％； からなり、且つ滅菌線量の高エネルギー放射線で
   照射されたとき、該照射に起因する分解
   （radiolysis）に対して実質的に抵抗性で、しか
   もその柔軟性を保持している、放射線に対して安
   定化された放射線滅菌可能な柔軟性物品。 ２ 前記柔軟性物品が滅菌線量の高エネルギー放
   射線で照射されている、特許請求の範囲第１項記
   載の物品。