JPS63241069A - 重合体組成物の為の、酸化ワックスの金属塩の形の光活性化添加物 - Google Patents

重合体組成物の為の、酸化ワックスの金属塩の形の光活性化添加物

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JPS63241069A
JPS63241069A JP63019716A JP1971688A JPS63241069A JP S63241069 A JPS63241069 A JP S63241069A JP 63019716 A JP63019716 A JP 63019716A JP 1971688 A JP1971688 A JP 1971688A JP S63241069 A JPS63241069 A JP S63241069A
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    • C08F8/00Chemical modification by after-treatment
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  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、酸化されたポリエチレンワックスのまたは他
のワックスの金属塩の状態の重合体組成物用光活性化添
加物、その製造方法、重合体組成物における光活性剤と
してのその用途およびそうして得られた重合体組成物を
包装および農業の分野で用いる為の製品の製造に用いる
方法に関する。
包装および農業の分野でのプラスチックの消費は数年ら
い増加しており、処分という重大な問題が発生している
。しかしながら一方においては第一にこれらの物質を益
々更により安定で、攻撃され難く且つ種々の機械的応力
、熱、光および他の大気の自然力に対する耐久性を持た
せる傾向があるのに、1970年代に、使用時において
安定で且つ強度のあるプラスチックを製造するという要
求になお適合させながら、そのプラスチックの機能を果
たした後に崩壊し得るという要求が生じ始めた。
その際、英国、カナダ、イスラエルおよびその他の国に
おいて、ポリエチレンフィルムを時間の経過につれて崩
壊させる研究がされた。この原理は農業において、崩壊
しなければならないLDPEフィルム(技術的にはマル
チングとじて知られている)によって作物を的確に保護
するのに成功裏に開発されている。
公知のように、崩壊は重合体の分子量および再架橋単位
の化学構造が重大な下人となっている物理化学的な性質
における変化をもたらす過程の全てを意味している。機
械的応力、光、熱および高エネルギー放射線の如き物理
的因子または水、塩基、酸、酸素、オゾンおよび汚染性
ガスの如き化学的因子の干渉による物理的作用が物質の
性質の退化を進め得る。この関係において、文献に報告
されている熱的崩壊と先約崩壊との間の区別は、原理の
問題だけであるかまたはこれらの一方が優先していると
指摘されるべき場合しか言えない。
また、化学的成分または重合体の分子が光量を吸収する
能力がある場合に、これらが光活性であることは公知で
ある。光崩壊現象の原因であるファクターは太陽光線中
の紫外線成分(290〜400 nmの短い波長)であ
る。例えば不純物不含のポリエチレンは、不活性雰囲気
で保護されている場合には、紫外線に対して顕著な耐久
性を示す。その理由は、紫外線照射の腐食作用に敏感で
あるいかなる分子中化学的官能基を有していない事実に
よって説明される。もしポリエチレンが、市販銘柄の全
ての場合に大抵そうであるように、痕跡量の金属不純物
、カルボニル基、二重結合、痕跡量の芳香族化合物、ヒ
ドロペルオキシドおよび第三炭素原子を含有している場
合、同じ雰囲気での紫外線に対するそれの耐久性は比較
的に低いはずである。
太陽の光と他の雰囲気的要因□その内、酸素が主である
□とか組み合わさった作用に屋外で曝されるやいなや、
その抵抗力は低くさえなりそしてその抵抗力は紫外線に
対してだけではない。
それ故に、使用時の条件が太陽光線に曝されることそし
てそれ故に屋外にあることを含む場合には、ポリオレフ
ィン製品(工業用袋、農業用シート、カバーおよびこれ
らの類似物)は、添加物のマスターバッチによる農産物
加工業者により一般に提供される一時安定化を這かに超
える追加的な安定化が必要とされる。
反対に、製造された製品が制限されそしてプログラムさ
れた寿命を持つべき場合には、市販の重合体に光活性剤
を添加することができる。
即ち、活性原理は、上記の不純物の如く紫外線範囲の吸
収される輻射線の性質によっておよび光酸化崩壊を促進
させる光酸化崩壊の機構を触発させることによって特徴
付けられる。
重合体物質によって吸収されるエネルギーはN−Nおよ
びO−0タイプの弱い結合を破壊し、次いで波長と関係
するエネルギーの高さに従って更に強い結合を攻撃しそ
して光化学反応を促進させる。
また紫外線の形でエネルギーを吸収する能力は重合体の
形態学的構造にも依存している。この能力は大きい。結
晶質成分は光の拡散が更に著しい非晶質成分と比較して
勝っていない。
重合体中の不純物として存在するカルボニル基またはケ
トン系光活性剤、殊にマスターバッチの形で予め分散さ
れているケトン系光活性剤によって重合体中に導入され
るカルボニル基によって引き起こされる光崩壊を説明す
る為に、ノリシュー(Norrish)と言われている
、重合体鎖の切断、COの除去および架橋の原因となる
機構が報告されている。
上述の如く、プラスチックを崩壊させる所望の過程を促
進させることのできるおよび/または容易にすることの
できる、重合体組成物に適する添加物を見出す試みが勿
論尽くされてきた。
例えば米国特許第3.903.064号明細書には、光
活性剤としてベンゾフェノン誘導体を鉄、コバルト、ニ
ッケル、マグネシウム、クロム、亜鉛、カルシウム、バ
リウム、アルミニウムおよび銅の群から選ばれた金属と
の塩の状態で含有している合成樹脂物質の組成物、特に
ポリオレフィンの組成物が開示されている。
ベンゾフェノン誘導体を合成樹脂の為の光活性剤として
用いることは沢山の他の文献〔例えばベンゾフェノンに
よるポリプロピレン−フィルムの接触的光崩壊(Ben
zophenone−catalyzedphotod
egradation of polypropyle
ne film)  、ポリマー・レター(Polym
er Letters)版、第15巻、第435〜43
7頁、(1977) iポリウレタン類の光崩壊性への
種々の添加物の影響(The effectof va
rious additives on the ph
otodegradationof polyuret
hanes) 、ポリマー・レター(PolymerL
etters)版、第17巻、第409〜413頁、(
1979)参照〕。
米国特許第4,038,227号明細書には、光活性剤
として芳香族ケトン類、ステアリン酸第二鉄および顔料
を含有している光崩壊性ポリオレフィン類が開示されて
いる。
特開昭49−22446号公報には、ポリオレフィン組
成物の為の光活性剤としてポリエチレンワックスを用い
ることが開示されている。これは“450の平均分子量
を持ちそしてi 、 oooの炭素原子当たり30個の
二重結合を含有する”化合物を主題としている。1mm
の厚さのフィルムがカーボン・アーク・ランプを備えた
エージング試験装置中で100時間照射した後に脆弱に
なると記述されている。
カルボニル基、カルボキシル基、エステル基および水酸
基の存在並びに重合体物質中の有機金属化合物が重合体
の崩壊過程を促進させることが確証された後に、同じ種
類の重合体に属する公知の生成物によって得ることがで
きるのと比較して合成物質の崩壊過程を改善する新規の
光活性剤を製造することが研究された。
本発明者は、酸化されたポリエチレンワックスまたは他
のワックスを適当な金属との塩の形で光活性剤として用
いた場合に、特に同じ紫外線照射条件のもとでしかも低
い光活性側含有量にて、重合体生成物が文献から公知の
添加物を含有する類似の物質または添加物を全く含有し
ていない類似の物質よりも非常に迅速に崩壊することを
驚くべきことに見出した。
ポリエチレンワックス類は重合によって得られる合成生
成物である。製造方法次第で、これらは線状構造または
部分的に分岐した構造に特色がある。酸化の際に、これ
らは専らカルボキシル官能基を含有しておりそして僅か
な数のカルボニル基、エステル基および水酸基を含有し
ている□“酸化された”と言うのが適切である□同族の
ポリエチレンワックス類を生ずる。
図式的には、酸化されたポリエチレンワックスは、以下
の構造で表すことができる:1100 CモCHz−C
Hz−CI□−CHz−)−−COOHモCHz−CH
g−CHz−C1l□−3,−COOH■ ■ HOOC−C+CHz−CHz−CHz−CHz−)、
−Cool■ H −C)Iz−C−CHz−CTo− 最も広く使用される酸化ポリエチレンワックスの平均分
子量は、約1,000〜3,000の範囲内で変えるこ
とができるが、更に大きい平均分子量も可能である。分
子構造を形成する最小限の炭素原子数は約100である
。酸化ポリエチレンワックスは、全てのワックスが一般
にそうである様に、水に不溶性でありそして標準条件の
もとて化学的に不活性である。カルボキシル基が存在す
ることが、以下で更に詳述する塩形成反応によって塩を
形成することを理論的に可能とする。
更に、これらのワックスは魚およびバクテリアに対して
如何なる毒性も有していない。本発明で用いる非酸化−
および酸化ワックスのラットにおける実測経口毒性(L
DS。)は例えば>15g/kg (体重)である。
従って本発明は、崩壊されるべき重合体中に光活性剤と
して適当なビヒクルと一緒に直接的にまたは間接的に用
いる為の、元素周期律表のIB  、 nB、n^ 、
 ■八 、I[IB  、  IVB  、  ■B 
および■Bの族から選択される金属との塩の状態の酸化
ポリエチレンワックスおよび他のワックスに関する。ま
た本発明は、熱可塑性重合体および、上記の塩の形の酸
化ワックスを構成する金属有機化合物0.1〜2.0重
量χ(組成物の重量を基準として)より成る光崩壊性重
合体組成物に関する。
更に本発明は、ある種の酸化されたポリエチレンワック
スまたは他のワックスの塩を形成する為の方法および得
られる塩を崩壊されるべき重合体組成物において用いる
こと、および塩の形のこれらのワックスを光活性剤とし
て含有する熱可塑性重合体を、予定された方法でまたは
時間の経過につれてプラスチック製品が崩壊する必要の
ある包装の分野でおよび農業に関連するあらゆる工業的
分野で用いることに関する。
本発明の意味での熱可塑性重合体は、低密度ポリエチレ
ン(LDPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、エ
チレン/ビニルアセテート(Ev八)、線状低密度ポリ
エチレン(LLDPE) 、ポリプロピレン(PP)、
ポリスチレン(PS)、アクリロニトリル/ブタジェン
/スチレン(ABS) 、ポリビニルクロライド(PV
C) 、ポリビニルアセテート(PVAC)またはポリ
メチルメタクリレート(PMMA)の重合体、共重合体
またはそれらの物理的なブレンドである。崩壊させるべ
き重合体組成物において光活性剤として有効に使用され
るワックス類はポリエチレンワックスの種類に独占的に
制限されておらず、他の種類のワックスも包含している
従って、ポリエチレンワックスと適当な金属誘導体とで
形成される塩によって得られる光崩壊性は、上記の種類
と同じ金属との塩の状態にある他の種類の酸化ワックス
を用いることによっても達成することができる。本発明
で有効に使用できるこれらのワッスの全てを以下の種類
に分類することができる: (a) 1.500の分子量および10以上の酸価を持
つ酸化ポリエチレンワックス、例えばヘキスト・ワック
ス(Hoechst wax) PED 521 、ヘ
キスト・ワックス(Hoechst wax) PH0
522、ヘキスト・ワックス(Hoechst wax
) PED 136等;い)フィッシャー・トロプシュ
(Fischer−Tropsch)法によって得られ
る酸化炭化水素ワックス;(C)モンタンワックスから
誘導される酸化ワックス、例えばヘキスト・ワックス(
Hoechst wax)S、ヘキスト・ワックス(H
oechst wax) U 。
ヘキスト・ワックス(Hoechst wax) LP
等;および (d)酸化されたミクロクリスタリンワックス。
本発明で用いるポリエチレンワックスおよび他のワック
スは、酸化に関しては、前述の特開昭49〜22.44
6号公報で用いられているのとカルボキシル基および/
または水酸基および/またはエステル基および/または
カルボニル基が存在している点および炭素原子数が多い
点で相違している。更に上記特開昭公報に開示されてい
るワックスは、該公報によれば、特別に酸化されておら
ず且つそれ故にその塩を後で形成する為の第一の条件で
ある如何なるカルボニル基も含有していないので、決し
て塩に転化させることができない。
本発明に従う酸化されたポリエチレンワックス2または
他のワックスの塩を形成する為に(有機−または無機塩
の形で)用いられる金属は、元素周期律表のIB、 n
B、IIA、IIIA、 I[[B、IVB、■Bおよ
び■Bの族から選択されるものである。これらの内、以
下のものが特に有利である:鉄、コバルト、銅、ニッケ
ル、マグネシウム、亜鉛、クロム、セリウム、カルシウ
ム、バリウムおよびアルミニウム。
崩壊させるべき重合体組成物中に存在する光活性剤の量
(活性元素として換算)は、用いる組成物の重量を基準
として0.1〜2.0重量%の範囲内で変更できるが、
0.5〜1.50重量%が特に有利である。
酸化ワックスの塩を製造する為には、ワックスと脱イオ
ン水とより成るー−mに1:2.5の割合の一混合物を
オートクレーブに導入する。
次いで塩基、好ましくは脱イオン水の一部に溶解した水
酸化ナトリウムを添加し、この混合物を続いて120〜
150°C1好ましくは130°Cに加圧下に攪拌しな
がら約40〜60分間加熱する。この時に、混合物を冷
却し、脱イオン水を添加し、次いで適当な溶剤に所望の
塩を溶解した溶液をゆっくり添加する。ワックスの金属
塩が極めて微細な粉末として沈澱する。これを水で洗浄
してpH6,5にし、次いで減圧下に乾燥して0.2%
以下の湿分含有量にする。
あるいは、ワックスを最初に溶融し、次いで所望の金属
塩の適当な溶液をゆっくり添加することによって塩を形
成してもよい。この溶液の溶媒に関しては、ワックスの
融点が100°C以下である場合には水を用いるのが有
利でありそしてもしそれより高い温度である場合にはグ
リコールエーテルを用いるのが有利である。反応を行っ
た後にワックスの塩を適当な型中で冷却し、ミルで粉砕
しそして得られる粉末を脱イオン水で操り返し洗浄して
pH6,5にする。
上記および実施例中において用いる略字は以下の意味を
持つ: LDPE・低密度ポリエチレン HDPE =高密度ポリエチレン EVA  、エチレン/ビニルアセテートLLDPE=
線状低密度ポリエチレン PP  ・ポリプロピレン ps  ・ポリスチレン ABS  ・アクリロニトリル/ブタジェン/スチレン
pvc  、ポリビニルクロライド PVAC=ポリビニルアセテート PMMA =ポリメチルメタクリレート。
以下の実施例にて本発明を更に詳細に説明する。しかし
本発明はこれらに限定されない。
1嵐■ 酸化ポリエチレンワックスの金属塩の製造機械式攪拌機
を備えたオートクレーブに、ワックス〔融点〜95℃の
ヘキスト・ワックスPE0522または融点〜110°
CのへキストワックスPED 136)と脱イオン水と
から、ワックス30部と水70部の割合で組成される混
合物を充填する。
次いで、上で用いた脱イオン水の僅かな部分に ′予め
溶解した水酸化ナトリウムを、ワックスの酸価(上記の
場合にはそれぞれ20と66)を化学量論的に中和する
のに充分な量で添加する。次いでオートクレーブを攪拌
しながら約1時間の間3気圧の圧力のもとで130°C
に加熱する。この時に40℃に冷却し、40〜50℃の
脱イオン水を導入して10χの固形分含有量で得られる
イオン系エマルジョンとする。次いで水またはグリコー
ルエーテルにFeCl z、6Hzoを溶解した10χ
濃度溶液を次に撹拌下に小さな流れとしてゆっくり添加
する。
ダブルカチオン交換を、極めて細かい粉末の状態の第二
鉄塩の沈澱を伴いつつ行う。この粉末を、過剰の塩化第
二鉄を除く為に水で洗浄してpH6,5とし、次いで減
圧下に60°C以下の温度で、<0.2χの湿分含有量
が達成されるまで乾燥させる。
固化点は回転式温度系で測定した〔方法:DGF−M−
1114a63 )。
ワックスベース:107℃ 酸価: 65  (DGF−M−TV 257 )塩の
固化点:135°C0 方抜」と ヘキストワックスPE0136を、上部が解放されそし
て攪拌機を備えた反応器中で140°Cにて溶融する。
溶融を行った後に、エチレンジグリコール(ジエチレン
グリコールモノエチルエーテルまたは他のグリコールエ
ーテル)に化学量論量のFeCj!s、6HzOまたは
Cu(/!zを溶解した40χ濃度溶液を予め80°C
に加熱して、ゆっくり最初に滴加し、次いで細い流れと
して添加する。二種類の塩を形成することを望む場合に
は、鉄塩の溶液を最初に添加し、これに続いて銅塩の溶
液を添加する。化学量論的法則が守られる限り、酸性ワ
ックスの如何なる塩形成割合も可能である。
例えばヘキストワックスPE0136の鉄/銅混合塩を
製造する場合、66の酸価の70χ(−46,2)を4
0χのFeCl s、6Hzo溶液に割当てそして30
χ(=19゜8)を40χのCuCl□溶液−勿論、そ
れぞれ化学量論量に関する□に割当てる。
泡立ちが(発生するHC2蒸気の為に)必ず観察され、
塩形成反応を中断し、次いで直接的に再び開始する。初
期段階においては溶融した物質の温度が発熱反応的に上
昇し、これが塩形成の明確な徴候である。
効果は、鉄/銅混合塩の場合、CuCj!zではあまり
明白でない。塩形成の間に、物質の温度は125°C以
下に低下させるべきでない。反応の終了後に、この物質
を型中でカスチング成形し、そして冷却し、この固体物
質をミルで粉砕しそして得られる粉末を、塩素が検出さ
れずそしてpH一値が6〜6.5に成るまで脱イオン水
で繰り返し洗浄する。この場合も同様に、湿分含有量は
0.2χを超えるべきでない。この目的の為にこの生成
物を約60℃で減圧下に乾燥する。
固化点はa)の所で記載したように測定した。
(70:30) Fe/Cu塩の固化点=130°C0
他の塩も同様な方法で製造することができる。
また異なる種類のワックスをおよび、塩形成剤として異
なる金属化合物を用いることができる。
叉皿壊並拭辰 光活性剤の代表例として2,000〜3,000の分子
量および20〜70酸価〔方法: DGF−M−IV 
257〕を持つ酸化ポリエチレンワックスを用いる。
その塩は鉄、コバルト、銅、ニッケルまたはマグネシウ
ムの単一の金属または異なる比率の複数の金属にて化学
量論的原則に従って形成する。
この特別な例の為に、酸化されたポリエチレンワックス
の鉄(I[[)塩を選択した。次いで得られた第二鉄塩
を、15χ濃度のマスターバッチの形で溶融指数190
/2.16・7g/10分のLDPRに混入する。こう
して得られる組成物を用いた場合には、溶融指数190
/2.16・2g/10分でそしてそれぞれ4zおよび
7χのマスターバッチを含有し0.62および1.05
χの光活性化添加物を含有する50および100μmの
厚さのLDPEフィルムを押出成形する。
次いでこれらのフィルムを以下のサイクルに従ってエー
ジング試験装置□The−Q−Panel C。
mpan’J s米国のQ、U、V型−において紫外線
照射に委ねる: 60℃で8時間照射 40℃の水蒸気熱で暗所で4時間、48時間の期間にわ
たって。
サンプルを、a)相対的百分率で表される伸び率および
b)カルボニル指数(1730cm−’および720c
m−’での吸光度の比)によって評価する。結果を以下
の表に示す。
表:試験装置中で照射。抗張力およびIR特性の評価 対照    0  50  −   220  0.0
1〃48  50  −   175  0.02〃0
  100  −   500  0.01〃48  
100  −   420  0.01機器試験の結果
は、戸外で照射されて得られた結果によって裏付けられ
確認された。機器試験に用いたフィルムと同じロールか
ら取ったサンプルを南に面した位置に水平に対して45
°の角度で木製枠上に配列した。
暴露はロマグナ(Lomagna) (イタリアのコモ
)で実施した。五週間の暴露試験の後に、添加物を含有
しているフィルムは相当に脆弱である。
更に20日後には、フィルムは完全に脆く成っている。
一方、対照用サンプルは未だ変化がなかった。
同様な結果が、異なる構造の酸化ワックスを鉄以外の金
属の塩の形で用いた場合にも得られた。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)以下の構造 ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ の一つの酸化ポリエチレンワックスの金属塩または以下
    の種類 (a)トロプシュ(Tropsch)法によって得られ
    る炭化水素ワックス (b)モンタンワックス誘導体および (c)ミクロクリスタリンワックス の一つに属する酸化ワックスの金属塩 の形の重合体組成物用光活性化添加物において、ワック
    スの塩を形成するのに用いる該塩中の金属を元素周期律
    表の I B、IIB、IIA、IIIA、IIIB、IVB、VIIBお
    よびVIIIBの族から選択することを特徴とする、上記重
    合体組成物用光活性化添加物。 2)ワックスの塩を形成するのに用いる該塩中の金属が
    鉄、コバルト、銅、ニッケル、マグネシウム、亜鉛、ク
    ロム、セリウム、カルシウム、バリウムまたはアルミニ
    ウムである請求項1に記載の重合体組成物用光活性化添
    加物。 3)熱可塑性重合体および、組成物の重量を基準として
    0.1〜2.0重量%の請求項1に記載の添加物より成
    る光崩壊性重合体組成物。 4)光活性化添加物の量が0.5〜1.50重量%であ
    る請求項3に記載の光崩壊性重合体組成物。 5)熱可塑性重合体が低密度ポリエチレン(LDPE)
    、高密度ポリエチレン(HDPE)、エチレン/ビニル
    アセテート(EVA)、線状低密度ポリエチレン(LL
    DPE)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(P
    S)、アクリロニトリル/ブタジエン/スチレン(AB
    S)、ポリビニルクロライド(PVC)、ポリビニルア
    セテート(PVAC)またはポリメチルメタクリレート
    (PMMA)の重合体、共重合体またはそれらのブレン
    ドである請求項3に記載の光崩壊性重合体組成物。 6)請求項1に記載の光活性化添加物を製造するに当た
    って、 (a)酸化ワックスと脱イオン水との混合物に塩基を添
    加しそして約40〜60分間120℃〜150℃に加圧
    下に加熱し、次いで所望の金属の塩を、適当な溶剤に溶
    解した10%濃度溶液の状態でゆっくり添加し、ワック
    スの沈澱塩の微細粉末を水で洗浄してpH16.5とし
    、次いで約60℃で減圧下に乾燥するかまたは (b)酸化ワックスを溶融し、所望の金属塩を、適当な
    溶剤に溶解した溶液の状態でゆっくり添加し、得られる
    物質が固体化するまで冷却し、該固体を粉砕し、次いで
    得られる粉末を洗浄してpH6〜6.5としそしてそれ
    を乾燥することを特徴とする、上記光活性化添加物の製
    造方法。 7)溶剤がエチレングリコールまたは他のグリコールエ
    ーテルである請求項6に記載の方法。 8)所望の金属塩の水性溶液を、酸化ワックスが100
    ℃以下の融点を有している場合には、酸化ワックスの塩
    を製造する為に用いる請求項6に記載の方法。 9)請求項3に記載の重合体組成物を、予定された方法
    でまたは時間の経過につれてプラスチック製品を崩壊す
    る必要のある包装分野または農業に関連するあらゆる工
    業分野で用いる為の製品を製造するのに用いる方法。 10)崩壊させるべき重合体中で適当なビヒクルと一緒
    に直接的にまたは間接的に光活性剤として用いる請求項
    1に記載の酸化されたポリエチレンワックスまたは他の
    ワックスの塩。
JP63019716A 1987-02-02 1988-02-01 重合体組成物の為の、酸化ワックスの金属塩の形の光活性化添加物 Expired - Lifetime JP2647885B2 (ja)

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