JP4071014B2 - 熱可塑性樹脂組成物、及びその成形体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼、焼却時に完全燃焼させることができ、且つ燃焼、焼却時の有害物の発生が抑制された熱可塑性樹脂組成物及びその成形体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
熱可塑性樹脂は、その優れた成形加工性や機械的・物理的性質から、電気、機械、自動車用の部品や建築、建設材料、或いは各種容器包装分野等の各方面で多量に使用されている。しかしながら、それらの使用量が増大するに従って、使用後の処分が大きな社会問題となってきている。
【0003】
すなわち、廃棄物処理の大部分を占める焼却処分においては、従来の排ガス中の一酸化炭素や窒素酸化物、硫黄酸化物の問題や、燃え残り、残灰の問題に加えて、近年、ダイオキシン等の有害物質の発生が大きな社会問題となってきており、熱可塑性樹脂製品の廃棄物もそれらの要因の一つであると言われている。しかしながら、従来、排ガス中の一酸化炭素濃度を減少させるには高温、高酸素濃度下で、窒素酸化物を減少させるためには低温、低酸素濃度下で燃焼させることが有効であるとされているように、有害ガスや有害物質の発生を抑制するための条件が各々異なっているばかりか、場合によっては二律背反することからこれら全ての要求をクリヤーして焼却することは極めて困難であった。
【0004】
このような状況下で、最近、熱可塑性樹脂に特定の酸化鉄粒子を含有させたゴミ袋(特開平7−257594号公報)や買い物袋(特開平7−322910号公報)が提案されている。これは、特定の酸化鉄粒子の燃焼促進作用を利用したものであって、焼却処分時に低温、低酸素濃度下であっても熱可塑性樹脂を完全燃焼させることができるという効果を有している。
【0005】
しかしながら、酸化鉄粒子を含有させた熱可塑性樹脂組成物は、酸化鉄粒子が古くから顔料として使用されていることからも明らかなように酸化鉄特有の色に着色することは避けられず、このため、中身が良く見えることが要求される食料品、衣料品等の包装や、デザイン的に特定の色合いに着色する必要がある包装用途等への使用には受け入れられにくかった。
【0006】
一方、パラジウムや白金等の白金族元素を無機担体に担持した貴金属触媒は、白金族元素が炭化水素や一酸化炭素の酸化反応に優れた触媒活性を有していることを利用して、天然ガス等の燃料を効率的に燃焼させて発電を行うガスタービンやボイラ等の燃焼触媒や、未燃の炭化水素や一酸化炭素を燃焼させる自動車等の排ガス浄化用触媒として利用されている。特に、排ガス浄化用触媒に利用する場合は、低温での酸化や、酸素不足の条件下でも有効に機能するために、白金族元素と助触媒としてセリウムを併用することが知られている。これらの触媒は、反応器に充填されて使用されるが、微粒子状の触媒をそのまま充填したのでは圧力損失が大きくなりすぎるため、通常、圧力損失を低減させるためにペレット、ハニカム、発泡体等の形状にして使用される。また、上記用途に利用される場合は触媒の着色はなんら問題にならず、長期にわたり効果を持続させる必要があるために、パラジウム担持量は通常0.5%以上のものが使用される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、燃焼、焼却時に完全燃焼させることができ、且つ燃焼、焼却時に有害物の発生が抑制され、しかも特定の酸化鉄を含有させた場合のように不所望の着色がない熱可塑性樹脂組成物及びその成形体を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は上記課題を解決するために鋭意検討した結果、パラジウム等の白金族元素とセリウムを無機質担体に担持した燃焼促進剤を熱可塑性樹脂に配合した場合、当該熱可塑性樹脂中にパラジウム等の白金族元素濃度が0.1〜100ppmと極めて少ないにもかかわらず焼却炉における燃焼、焼却時に燃焼促進効果を発揮して完全燃焼して有害物の発生を抑制するに充分な効果を発揮し、しかも該熱可塑性樹脂組成物の着色が抑えられて上記目的が達成できることを見いだし本発明に至った。
【0009】
すなわち、本発明は、次の熱可塑性樹脂組成物及び成形体である。
(1)無機質担体に白金族元素を0.001〜0.2wt%、セリウムを0.01〜2wt%担持させた微粒子状の燃焼促進剤を、該白金族元素の濃度が0.1〜100ppmになるように熱可塑性樹脂に配合してなる熱可塑性樹脂組成物であって、該熱可塑性樹脂組成物から成形した厚さ50μmのフィルムと前記燃焼促進剤を配合してない無色のベース樹脂から成形した厚さ50μmのフィルムとの色差(ΔE * ab )が4以下であることを特徴とする熱可塑性樹脂組成物。
(2)白金族元素がパラジウム及び/又は白金であることを特徴とする(1)記載の熱可塑性樹脂組成物。
(3)無機質担体がアルミナ、酸化チタン、シリカ、ゼオライト、炭酸カルシウム及び酸化マグネシウムの中から選ばれる1種以上である(1)又は(2)記載の熱可塑性樹脂組成物。
(4)無機質担体の平均粒子径が50μm以下である(1)乃至(3)のいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物。
(5)(1)乃至(4)のいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物を成形してなる成形体。
【0010】
【実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
まず、本発明の燃焼促進剤は、無機質担体に白金族元素とセリウムと併用して担持させたものである。ここで、白金族元素としては、パラジウム、白金、ルテニウム、ロジウム、オスミウム、イリジウムが挙げられ、これらは単独または2種以上組み合わせて用いられる。これらの内、容易に入手でき良好な触媒作用を示す点で、パラジウム又は白金が好ましく、特にパラジウムが好ましい。
【0011】
また、無機質担体としては、α−アルミナ、活性アルミナ等のアルミナや酸化チタン、シリカ、ゼオライト、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム、ジルコニア、トリア、ボリア、シリカ−アルミナ、シリカ−ジルコニア、アルミナ−ジルコニア等が挙げられる。これらの中でも熱可塑性樹脂中に配合した場合に着色の恐れがなく、しかも容易に入手可能なアルミナ、酸化チタン、シリカ、ゼオライト、炭酸カルシウム及び酸化マグネシウムから選ばれる1種以上を使用するのが好ましい。
特に、担持成分を水酸化アルミニウムに含浸させた後に焼成した場合、焼成時に水を放出して発泡状態となったアルミナに担持成分を担持させることになって触媒活性が向上するので好ましい。また、後述するように本発明の燃焼促進剤が微粒子状である関係上、無機質担体も微粒子状、具体的には50μm以下、好ましくは0.1〜20μm、特に好ましくは0.2〜10μmである。
【0012】
本発明の燃焼促進剤は、無機質担体に白金族元素やセリウムを含浸法、イオン交換法、濃縮法、沈殿法等の公知の方法で担持させることにより製造することができるが、好ましい担持方法を例示すると、水溶性白金族化合物や水溶性セリウム化合物の水溶液を無機質担体に含浸させた後、50〜200℃で乾燥し、更に400〜800℃で焼成する方法が挙げられる。担持に際し、白金族化合物水溶液とセリウム化合物水溶液は別々に、または混合して同時に無機質担体に含浸して、乾燥、焼成しても良いし、セリウム化合物水溶液を無機質担体に含浸し、乾燥、焼成したものに、白金族化合物水溶液を含浸して、乾燥、焼成しても良い。水溶性白金族化合物としては、白金族元素の塩化物、硝酸塩、錯体塩等が挙げられ、より具体的には硝酸パラジウム、塩化パラジウム、塩化白金酸、ジニトロジアミンパラジウム、ジニトロジアミン白金、ジクロロジアミンパラジウム、テトラミン白金ジクロライド等が挙げられる。水溶性セリウム化合物としては硝酸セリウム、塩化セリウム,酢酸セリウム等が挙げられる。
【0013】
白金族元素の担持量は、無機質担体に対して0.001〜0.2wt%、好ましくは0.005〜0.15wt%、特に好ましくは0.01〜0.08wt%である。白金族元素の担持量が0.001wt%未満では燃焼促進剤としての効果が期待できず、0.2wt%を越えるとコストアップの原因となるばかりか、得られる燃焼促進剤が着色して本発明の目的の一つが達成できなくなるので好ましくない。セリウムの担持量は無機質担体に対して0.01〜2wt%、好ましくは0.05〜1.5wt%、特に好ましくは0.1〜1wt%である。
セリウムは無機質担体に酸化セリウムとなって担持されており、白金族元素と併用された場合、この酸化セリウムが酸素貯蔵剤として働き、酸素不足の条件下や低温でも有効に機能したり、触媒活性を向上させる助触媒として働くことが知られている。
従って、セリウムの担持量が0.01%未満ではこの助触媒効果が期待できず、2wt%を越えると、担持量に見合った助触媒効果が得られないばかりか、得られる燃焼促進剤が黄色く着色してくるので好ましくない。
燃焼促進剤の粒径は通常無機質担体の粒径と同一であり、平均粒子径が50μm以下、好ましくは0.1〜20μm、特に好ましくは0.2〜10μmである。
【0014】
さて、本発明の熱可塑性樹脂組成物は、熱可塑性樹脂に微粒子状の燃焼促進剤を配合したものである。熱可塑性樹脂としては特に制限は無いが、ポリエチレン、エチレン−α−オレフィン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ナイロン6、ナイロン66等のポリアミド樹脂、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル等が挙げられる。これらの中でもポリエチレン、エチレン−α−オレフィン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂が特に好ましい。
【0015】
熱可塑性樹脂に対する燃焼促進剤の配合割合は、熱可塑性樹脂組成物中の白金族元素の濃度が0.1〜100ppm、好ましくは0.3〜50ppm、より好ましくは0.5〜20ppmになるように配合する必要がある。白金族元素の濃度が0.1ppm未満では、燃焼促進剤としての効果が期待できず、逆に、100ppmを越えると高価で貴重なパラジウムを浪費することとなるばかりか、濃度に見合った効果も期待できず、また熱可塑性樹脂組成物が着色してくるため好ましくない。一方、熱可塑性樹脂組成物中のセリウムの濃度は、燃焼促進剤の配合割合と、燃焼促進剤中のセリウムの担持量によって決まるのであるが、概ね1000ppm以下、好ましくは500ppm以下になるように配合するのが望ましい。セリウムの濃度が1000ppmを越えると熱可塑性樹脂組成物が黄色味を帯びてくるため好ましくない。
【0016】
熱可塑性樹脂に微粒子状の燃焼促進剤を配合する方法としては、特に熱可塑性樹脂に無機物質を配合する通常の方法が、特に制限なく適用できるが、好ましい配合方法として、予め熱可塑性樹脂と燃焼促進剤とのマスターバッチを通常の方法で作成しておき、それを熱可塑性樹脂に所定の配合割合になるように配合する方法が挙げられる。また、本発明の熱可塑性樹脂組成物は、酸化防止剤、滑剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤、着色剤、フィラー等の慣用される種々の添加剤を含有することができる。このようにして得られる熱可塑性樹脂組成物は、押出成形法、射出成形法、或いは圧縮成形法等の公知の成形法で成形して容易に成形体とすることができる。
【0017】
【実施例】
以下に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
なお、燃焼促進剤の触媒活性の測定は、150〜200μmに整粒した試料(30mg)をパルス式固定床反応装置に充填し、ヘリウムガス(流量:40ml/min)を流しながら、メタン1.0%、酸素2.9%、残部ヘリウムからなる混合ガス1mlをパルス流として反応装置に導入して、500℃でメタンの接触酸化反応を行い,反応装置から排出されるガス中のメタン濃度をガスクロマトグラフで測定することによりメタン反応率を求めて評価した。
【0018】
また、燃焼促進剤を含有する熱可塑性樹脂組成物の燃焼特性は、石英管中に樹脂分が30mgになる量の熱可塑性樹脂組成物を入れ、500℃で、空気を150ml/min.で5分間流して燃焼させ、捕集した燃焼ガス中の二酸化炭素、一酸化炭素濃度をガスクロマトグラフによって測定することにより評価した。なお、燃焼促進剤を使用していない対照例に比べて一酸化炭素量が減少して二酸化炭素量が増加すれば燃焼促進剤が優れた燃焼促進効果を発揮したことを意味している。
【0019】
また、着色の度合いは、熱可塑性樹脂組成物を成形して厚さ50μmのフィルムを作製し、当該試料フィルムを白色校正板上にのせて色彩光度計(ミノルタカメラ(株)製)を用いてL*a*b*表色系(JIS Z8729 色の表示方法)における色調[明度(L*)と色度(a*、b*)]を測定し、燃焼促進剤を配合していない無色のベース樹脂から成形した厚さ50μmのフィルムとの色差(ΔE*ab)を下記式より求めて評価した。
ΔE*ab=[(ΔL)2+(Δa)2+(Δb)2]1/2
すなわち、色差(ΔE*ab)は基準となるものとの色の差が大きい程、大きい値を示す指標であり、着色の度合いが大きい程大きい値を示す。この色差は、成形体の厚み等にもよるが、4を越えると目視でも着色していることが容易にわかるため、色差は4以下になることが好ましい。
【0020】
製造例1〜7
平均粒径0.7μmの水酸化アルミニウムに、所定量の硝酸パラジウム及び硝酸セリウムの水溶液を含浸させ、これを60℃で15時間乾燥後、500℃で1時間焼成して、パラジウムとセリウムがアルミナに表1に示す濃度で担持された平均粒径0.7μmの燃焼促進剤A〜Dを得た。
また、比較のために上記方法と同様にして表1に示すようにパラジウムのみをアルミナに担持させた燃焼促進剤E、セリウムのみをアルミナに担持させた燃焼促進剤F、及びパラジウム、セリウムの何れも担持させていないアルミナのみからなる燃焼促進剤Gを得た。
得られた燃焼促進剤の触媒活性及び色を同じく表1に示す。
【0021】
【表1】
【0022】
表1からも明らかなように本発明にかかる燃焼促進剤A〜Cは着色もなく、触媒活性が極めて高いのに対して、本発明の範囲を越えるパラジウム及びセリウムを担持させた燃焼促進剤Dは触媒活性は高いものの淡褐色に着色していた。
また、パラジウムを燃焼促進剤Cと同じ量だけ担持させたセリウムを担持させていない燃焼促進剤Eは燃焼促進剤Cに比べて触媒活性は低かった。更に、セリウムのみを担持させた燃焼促進剤Fやアルミナのみからなる燃焼促進剤Gは全く触媒活性を示さなかった。そのことから、セリウムはパラジウムの助触媒として作用しているといえる。
【0023】
実施例1〜3,比較例1〜4
高密度ポリエチレン(HDPE)に燃焼促進剤を配合して表2に示す組成の熱可塑性樹脂組成物を調製してその燃焼特性を測定するとともに、当該熱可塑性樹脂組成物を成形して厚み50μmのフィルムとし、その着色の度合いを測定した。結果を同じく表2に示す。
また、比較のために高密度ポリエチレン(HDPE)のみからなる樹脂組成物の燃焼特性、着色の度合いも同様にして測定した。結果を同じく表2に示す。
【0024】
比較例5、6
実施例で使用した高密度ポリエチレン(HDPE)に紡錘状ゲーサイト(平均粒子径0.25μm、比表面積84m2/g、触媒活性を測定した場合のメタン反応率84%)を表2に示す量配合した熱可塑性樹脂組成物を調製してその燃焼特性を測定するとともに、当該熱可塑性樹脂組成物を成形して厚み50μmのフィルムとし、その着色の度合いを測定した。結果を同じく表2に示す。
【0025】
【表2】
【0026】
表2からも明らかなように実施例1〜3にかかる本発明の熱可塑性樹脂組成物は、燃焼中に煙の発生も観測されず、しかも燃焼促進剤を全く配合していない比較例1の樹脂組成物に比べて燃焼ガス中の二酸化炭素濃度が増加し、一酸化炭素濃度が減少していることから優れた燃焼促進効果を発揮していることがわかる。しかも、これらの樹脂組成物からなるフィルムと基準となる比較例1の樹脂組成物からなるフィルムとの色差が小さい着色のないフィルムであった。
また、セリウムのみアルミナに担持させた燃焼促進剤Fを配合した比較例3の樹脂組成物及びアルミナのみからなる燃焼促進剤Gを配合した比較例4の樹脂組成物は燃焼中に煙の発生が見られるばかりか燃焼促進効果もなく、燃焼促進剤の触媒活性の測定結果と一致した。
更に、パラジウム及びセリウムを規定量を超えて含有させた比較例2の樹脂組成物は燃焼促進効果は極めて高かったが、該組成物から得られたフィルムはかなり着色しており本発明の目的を達成できなかった。
【0027】
一方、従来燃焼促進剤として知られている紡錘状ゲーサイトを含有させた樹脂組成物の場合、紡錘状ゲーサイトを10000ppmと多量に含有させた比較例5の樹脂組成物は燃焼促進効果は有しているものの該組成物から得られたフィルムはかなり着色していた。また、紡錘状ゲーサイトの含有量が本発明のパラジウム並みの100ppmである比較例6の樹脂組成物は着色こそしないものの燃焼促進効果はなかった。
【0028】
本発明の熱可塑性樹脂組成物の焼却時におけるダイオキシン発生抑制の効果を確認するために以下の試験を行った。
参考例1
低密度ポリエチレンを99.45重量部と燃焼促進剤Bを0.55重量部を配合したパラジウム濃度が2.75ppm、セリウム濃度が35.75ppmであるポリエチレン組成物100重量部と塩化ビニル樹脂11重量部を加熱混合した試料3gを、石英ガラス管中で700℃で合成空気を2L/minの流量で供給して燃焼させた。石英管から排出される燃焼ガスを捕集装置で捕集して、JISK0311に準拠してダイオキシン類(PCDD、PCDF、コプラナーPCB)の分析を行った結果、ダイオキシン類毒性当量0.2ng−TEQ/gであった。
【0029】
参考例2
低密度ポリエチレン99.45重量部と塩化ビニル樹脂11重量部を加熱混合した試料3gを、参考例1と同様にして燃焼させ、燃焼ガス中のダイオキシン類の分析を行った結果、ダイオキシン類毒性当量1.7ng−TEQ/gであった。
上記参考例より明らかなように、本発明の燃焼促進剤を配合した熱可塑性樹脂組成物と塩化ビニル樹脂を混合して燃焼させるとダイオキシン類の発生が大きく減少した。
【0030】
【作用及び効果】
本発明の熱可塑性樹脂組成物は、従来、燃焼促進剤として好適とされていた特定の酸化鉄粒子のように熱可塑性樹脂を着色させることがないので、着色を嫌う用途に使用することが可能となるばかりか、目的に応じて任意の色に着色することが可能となった。
また、熱可塑性樹脂組成物中の白金族元素の濃度がかなり低くても充分な燃焼促進効果を発揮するので、高価な白金族元素であっても用途によっては採用可能なコストで提供することが可能となった。
Claims (5)
- 無機質担体に白金族元素を0.001〜0.2wt%、セリウムを0.01〜2wt%担持させた微粒子状の燃焼促進剤を、該白金族元素の濃度が0.1〜100ppmになるように熱可塑性樹脂に配合してなる熱可塑性樹脂組成物であって、該熱可塑性樹脂組成物から成形した厚さ50μmのフィルムと前記燃焼促進剤を配合してない無色のベース樹脂から成形した厚さ50μmのフィルムとの色差(ΔE * ab )が4以下であることを特徴とする熱可塑性樹脂組成物。
- 白金族元素がパラジウム及び/又は白金であることを特徴とする請求項1記載の熱可塑性樹脂組成物。
- 無機質担体がアルミナ、酸化チタン、シリカ、ゼオライト、炭酸カルシウム及び酸化マグネシウムの中から選ばれる1種以上である請求項1又は2記載の熱可塑性樹脂組成物。
- 無機質担体の平均粒子径が50μm以下である請求項1乃至3のいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物。
- 請求項1乃至4のいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物を成形してなる成形体。
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