JP4294785B2 - プラスチック成形品の表面改質方法及び表面改質プラスチック成形品 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラスチック成形品の表面改質方法、特にプラスチック成形品の表面にコーティング被膜との密着性、接着性、帯電防止性などを付与する表面改質方法、及び該方法により得られる表面改質プラスチック成形品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学用レンズ、光ディスク等の光学用材料に用いられる樹脂は、高い透明度、低い複屈折率などの基本特性のほかに、その表面に形成されるコーティング被膜との密着性が要求される場合が多い。また、それに加えて、環境条件による光学的特性（特に、屈折率）の変化や寸法変化の小さいことが望まれる。透明樹脂の代表格であるポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）は接着性や、コーティング被膜との密着性等に優れているが、その反面、吸湿性が高いため、吸湿による屈折率の変化が大きく、焦点距離の変動を引き起こす。このため、ＰＭＭＡはカメラ等の光学用レンズに用いることができない。また、吸湿による寸法変化も大きいため、光磁気ディスクのように、固体無機膜をコーティングする用途では、寸法変化に伴う無機膜のひび割れが生じるという問題がある。さらに、光ディスク用に主として用いられているポリカーボネート（ＰＣ）では上記の問題は比較的少ないものの、複屈折率が大きいという問題がある。
【０００３】
一方、上記の吸湿性に起因する問題を解消するため、近年、光学材料用ポリマーとして、主鎖に非芳香族性環を導入したポリオレフィン系樹脂（商品名：ＡＰＯ、ＺＥＯＮＥＸなど）が報告されている。しかし、この樹脂は、ポリオレフィン系ポリマーの特徴である高い疎水性を有しているため、表面に形成されるコーティング被膜との密着性が小さいという問題点を有する。また、この問題を解決する目的で、前記非芳香族性環に極性基を導入したポリオレフィン系樹脂（商品名：ＡＲＴＯＮ）も上市されている。しかし、この樹脂の吸湿性は極性基を有しないポリオレフィン系樹脂に比べて必然的に大きくなってしまう。
【０００４】
以上のように、光学的安定性及び寸法安定性を確保するために要求される低い吸水率と、コーティング被膜との密着性に寄与する親水性とは、互いにトレードオフの関係にある。これらの２つの特性を両立させるには、レンズやディスク基板等の成形品の内部は吸湿率の小さい疎水的なポリマーで形成されており、その表面のみがコーティング被膜との密着性に優れた親水性のポリマーであることが理想的である。
【０００５】
一般に、プラスチック表面の改質方法として、（ｉ）界面活性剤をコーティングする方法、（ii）コロナ放電により表面を活性化する方法、（iii）レーザーアブレージョンにより表面を活性化する方法等が知られている。しかし、（ｉ）の方法では、一時的な帯電防止性の付与などには有用であっても、コーティング被膜との密着性の点では不十分であり、（ii）及び（iii）の方法では、プラスチック表面に微細な凹凸が発生するという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、プラスチック成形品の吸水率を大きく変動させることなく、表面にのみ親水性を付与できるプラスチック成形品の表面改質方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、疎水性の大きなポリマーで形成された成形品の表面のみを親水化して、コーティング被膜との密着性、接着性、帯電防止性を向上できるプラスチックの表面改質方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、表面に凹凸を生じさせることなく、表面を親水化できるプラスチック成形品の表面改質方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、光学的及び寸法的安定性に優れ、しかもコーティング被膜との密着性、接着性、帯電防止性に優れた表面改質プラスチック成形品を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記目的を達成するため鋭意検討した結果、プラスチック成形品を、特定の触媒の存在下、酸素原子含有ガスで処理すると、該成形品の表面のみを効率よく親水化できることを見いだし、本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、本発明は、プラスチック成形品を、下記式（１）
【化２】
（式中、Ｒ1及びＲ2は、同一又は異なって、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、シクロアルキル基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、アシル基を示し、Ｒ1及びＲ2は互いに結合して二重結合、又は芳香族性若しくは非芳香族性の環を形成してもよい。Ｘは酸素原子又はヒドロキシル基を示す。前記Ｒ1、Ｒ2、又はＲ1及びＲ2が互いに結合して形成された二重結合又は芳香族性若しくは非芳香族性の環には、上記式（１）中に示されるＮ−置換環状イミド基がさらに１又は２個形成されていてもよい）で表されるイミド化合物の存在下、酸素原子含有ガスで処理することを特徴とするプラスチック成形品の表面改質方法を提供する。
前記酸素原子含有ガスとして、酸素、一酸化炭素、窒素酸化物及び硫黄酸化物から選択された少なくとも１種のガスを使用できる。
本発明は、また、プラスチック成形品を上記の方法により処理して得られる表面改質プラスチック成形品を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明において、被処理物であるプラスチック成形品には、主鎖又は側鎖に第１級、第２級又は第３級炭素原子を有する各種ポリマーで形成されたプラスチック成形品が含まれる。
【００１０】
前記プラスチック成形品を構成するポリマーとしては、例えば、ポリエチレン（低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、メタロセン系ポリエチレンなど）、エチレンコポリマー（例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、エチレン−メタクリル酸エステル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、アイオノマーなど）、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、ポリ−１−ブテン、ポリ（４−メチルペンテン）（ＴＰＸ）、ポリイソブチレンなどのオレフィン系樹脂；ポリブタジエン、ポリイソプレン、ブタジエン−スチレン共重合体、ブタジエン−プロピレン共重合体、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、イソプレン−スチレン共重合体などのジエン系樹脂；シクロオレフィン類（例えば、シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘプテン、シクロオクテン、３−メチルシクロオクテン、シクロオクタジエン、シクロデセン、３−メチルシクロデセン、シクロドデセン、シクロドデカトリエン等）、ノルボルネン誘導体、テトラシクロドデセン、ジシクロペンタジエンと（メタ）アクリル酸エステルとのディールスアルダー反応生成物などの環状オレフィン類の開環重合体又はその水添物；前記環状オレフィン類とエチレンなどのオレフィン類との共重合体；ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、ポリ（α−メチルスチレン）などの芳香族ビニル化合物を単量体成分とするポリマー；ビニルシクロヘキサン、ビニルシクロヘキセン、ビニルアダマンタン、ビニルノルボルナン、ビニルノルボルネンなどの脂環式ビニル化合物を単量体成分とするポリマー；塩化ビニル系樹脂；塩化ビニリデン系樹脂；酢酸ビニル系樹脂；セルロース系樹脂；ポリエーテル；二塩基酸とグリコールの重縮合により生成する種々のポリエステル；ポリアミド；（メタ）アクリル酸エステルなどのアクリル系化合物を単量体成分とするアクリル系樹脂などが含まれる。なお、上記環状オレフィン類の開環重合体は、メタセシス重合により得ることができる。
【００１１】
これらのポリマーのうち、（Ａ）主鎖が飽和炭素鎖である炭化水素系ポリマー、例えば、（A1）ポリエチレン（低密度ポリエチレン、メタロセン系ポリエチレンなど）、ポリプロピレン、ポリ（４−メチルペンテン）などのオレフィン系樹脂、（A2）下記式（２）
【化３】
（式中、Ａ環は１又は２以上の環が縮合していてもよい脂環式炭化水素環を示す）
で表される繰り返し単位を有する脂環式炭化水素系樹脂（環状オレフィン類の開環重合体の水添物、環状オレフィン類とエチレンとの共重合体など）、（A3）ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体などの芳香族炭化水素系樹脂（芳香族ビニル化合物を単量体成分とするポリマー）、（A4）ビニルシクロヘキサン、ビニルアダマンタンなどの脂環式ビニル化合物を単量体成分とするポリマーなどが好ましい。
【００１２】
前記Ａ環としては、例えば、シクロペンタン環、ノルボルナン環、トリシクロ［４．３．０．１2,5］デカン環、テトラシクロ［４．４．０．１2,5．１7,10］ドデカン環などが挙げられる。Ａ環は置換基を有していてもよい。前記置換基として、例えば、メチル、エチル、イソプロピル基などのアルキル基（例えば、Ｃ1-4アルキル基）；シアノ基；メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、ブトキシカルボニル基などのエステル基（置換オキシカルボニル基）などが挙げられる。
【００１３】
前記脂環式炭化水素系樹脂（A2）の代表的な例として、商品名「アートン」（日本合成ゴム（株）製）、商品名「ゼオネックス」（日本ゼオン（株）製）、商品名「アペル」（三井化学（株）製）、商品名「アポ」（三井化学（株）製）などが例示される。
【００１４】
また、前記プラスチック成形品を構成するポリマーとして、（Ｂ）下記式（３）
【化４】
（Ｒは水素原子又はメチル基を示し、Ｂ環は単環又は多環の脂環式炭素環を示す）
で表される繰り返し単位を有するアクリル系樹脂（分子内に脂環式炭素環を有するアクリル系樹脂）も好ましい。このようなアクリル系樹脂は、例えばポリメチルメタクリレートと比較して疎水性が高く、吸湿に起因する光学的特性や寸法の変動が小さい。
【００１５】
前記Ｂ環は、メチル、エチル、イソプロピル基などのアルキル基（例えば、Ｃ1-4アルキル基）等の置換基を有していてもよい。Ｂ環の代表的な例として、トリシクロ［５．２．１．０2,6］デカン環、アダマンタン環、ノルボルネン環、デカリン環、パーヒドロアントラセン環などが挙げられる。前記脂環式炭素環を有するアクリル系樹脂は、式（３）で表される繰り返し単位に対応する（メタ）アクリル酸エステルの単独重合体であってもよく、該（メタ）アクリル酸エステルとメタクリル酸メチルなどの他の共重合性モノマーとの共重合体であってもよい。
【００１６】
プラスチック成形品を構成するポリマーは、酸素原子含有ガスに対する反応性の点から、第２級又は第３級炭素原子、特に第３級炭素原子を有しているのが好ましい。
【００１７】
前記プラスチック成形品の成形法としては特に制限はなく、本発明は、例えば、射出成形、押出成形、ブロー成形、カレンダ加工、圧縮成形、トランスファ成形、積層成形、注型等の慣用の成形法により得られた種々のプラスチック成形品に適用できる。前記成形品は熱硬化やＵＶ硬化により得られた成形品であってもよい。また、プラスチック成形品の形状も特に限定されず、フィルム又はシート状、柱状、塊状、ペレット状、粉末状等の何れであってもよく、複雑な形状を呈していてもよい。
【００１８】
本発明では、触媒として、前記式（１）で表されるイミド化合物を用いる。このイミド化合物において、置換基Ｒ1及びＲ2のうちハロゲン原子には、ヨウ素、臭素、塩素およびフッ素原子が含まれる。アルキル基には、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、ｓ−ブチル、ｔ−ブチル、ヘキシル、デシル基などの炭素数１〜１０程度の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基が含まれる。好ましいアルキル基としては、例えば、炭素数１〜６程度、特に炭素数１〜４程度の低級アルキル基が挙げられる。
【００１９】
アリール基には、フェニル、ナフチル基などが含まれ、シクロアルキル基には、シクロペンチル、シクロヘキシル基などが含まれる。アルコキシ基には、例えば、メトキシ、エトキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、ｔ−ブトキシ、ヘキシルオキシ基などの炭素数１〜１０程度、好ましくは炭素数１〜６程度、特に炭素数１〜４程度の低級アルコキシ基が含まれる。
【００２０】
アルコキシカルボニル基には、例えば、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、イソプロポキシカルボニル、ブトキシカルボニル、ｔ−ブトキシカルボニル、ヘキシルオキシカルボニル基などのアルコキシ部分の炭素数が１〜１０程度のアルコキシカルボニル基が含まれる。好ましいカルボニル基にはアルコキシ部分の炭素数が１〜６程度、特に１〜４程度の低級アルコキシカルボニル基が含まれる。アシル基としては、例えば、ホルミル、アセチル、プロピオニル、ブチリル、イソブチリル、バレリル、イソバレリル、ピバロイル基などの炭素数１〜６程度のアシル基が例示できる。
【００２１】
前記置換基Ｒ1及びＲ2は、同一又は異なっていてもよい。また、前記式（１）において、Ｒ1及びＲ2は互いに結合して、二重結合、または芳香族性又は非芳香属性の環を形成してもよい。好ましい芳香族性又は非芳香族性環は５〜１２員環、特に６〜１０員環程度であり、複素環又は縮合複素環であってもよいが、炭化水素環である場合が多い。このような環には、例えば、非芳香族性脂環式環（シクロヘキサン環などの置換基を有していてもよいシクロアルカン環、シクロヘキセン環などの置換基を有していてもよいシクロアルケン環など）、非芳香族性橋かけ環（５−ノルボルネン環などの置換基を有していてもよい橋かけ式炭化水素環など）、ベンゼン環、ナフタレン環などの置換基を有していてもよい芳香族環（縮合環を含む）が含まれる。前記環は、芳香族環で構成される場合が多い。前記環は、アルキル基、ハロアルキル基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、アシル基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、ハロゲン原子などの置換基を有していてもよい。
前記式（１）において、Ｘは酸素原子又はヒドロキシル基を示し、窒素原子ＮとＸとの結合は単結合又は二重結合である。
【００２２】
前記Ｒ1、Ｒ2、又はＲ1及びＲ2が互いに結合して形成された二重結合又は芳香族性若しくは非芳香族性の環には、上記式（１）中に示されるＮ−置換環状イミド基がさらに１又は２個形成されていてもよい。例えば、Ｒ1又はＲ2が炭素数２以上のアルキル基である場合、このアルキル基を構成する隣接する２つの炭素原子を含んで前記Ｎ−置換環状イミド基が形成されていてもよい。また、Ｒ1及びＲ2が互いに結合して二重結合を形成する場合、該二重結合を含んで前記Ｎ−置換環状イミド基が形成されていてもよい。さらに、Ｒ1及びＲ2が互いに結合して芳香族性若しくは非芳香族性の環を形成する場合、該環を構成する隣接する２つの炭素原子を含んで前記Ｎ−置換環状イミド基が形成されていてもよい。
【００２３】
好ましいイミド化合物には、下記式で表される化合物が含まれる。
【化５】
（式中、Ｒ3〜Ｒ6は、同一又は異なって、水素原子、アルキル基、ハロアルキル基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、アシル基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、ハロゲン原子を示す。Ｒ3〜Ｒ6は、隣接する基同士が互いに結合して芳香族性又は非芳香族性の環を形成していてもよい。式（1f）中、Ａはメチレン基又は酸素原子を示す。Ｒ1、Ｒ2は前記に同じ。式（1c）のベンゼン環には、式（1c）中に示されるＮ−置換環状イミド基がさらに１又は２個形成されていてもよい）
【００２４】
置換基Ｒ3〜Ｒ6において、アルキル基には、前記例示のアルキル基と同様のアルキル基、特に炭素数１〜６程度のアルキル基が含まれ、ハロアルキル基には、トリフルオロメチル基などの炭素数１〜４程度のハロアルキル基、アルコキシ基には、前記と同様のアルコキシ基、特に炭素数１〜４程度の低級アルコキシ基、アルコキシカルボニル基には、前記と同様のアルコキシカルボニル基、特にアルコキシ部分の炭素数が１〜４程度の低級アルコキシカルボニル基が含まれる。また、アシル基としては、前記と同様のアシル基、特に炭素数１〜６程度のアシル基が例示され、ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素原子が例示できる。置換基Ｒ3〜Ｒ6は、通常、水素原子、炭素数１〜４程度の低級アルキル基、カルボキシル基、ニトロ基、ハロゲン原子である場合が多い。Ｒ3〜Ｒ6が互いに結合して形成する環としては、前記Ｒ1及びＲ2が互いに結合して形成する環と同様であり、特に芳香族性又は非芳香族性の５〜１２員環が好ましい。
【００２５】
好ましいイミド化合物の代表的な例として、例えば、Ｎ−ヒドロキシコハク酸イミド、Ｎ−ヒドロキシマレイン酸イミド、Ｎ−ヒドロキシヘキサヒドロフタル酸イミド、Ｎ，Ｎ′−ジヒドロキシシクロヘキサンテトラカルボン酸イミド、Ｎ−ヒドロキシフタル酸イミド、Ｎ−ヒドロキシテトラブロモフタル酸イミド、Ｎ−ヒドロキシテトラクロロフタル酸イミド、Ｎ−ヒドロキシヘット酸イミド、Ｎ−ヒドロキシハイミック酸イミド、Ｎ−ヒドロキシトリメリット酸イミド、Ｎ，Ｎ′−ジヒドロキシピロメリット酸イミド、Ｎ，Ｎ′−ジヒドロキシナフタレンテトラカルボン酸イミドなどが挙げられる。
【００２６】
前記イミド化合物は、慣用のイミド化反応、例えば、対応する酸無水物とヒドロキシルアミンＮＨ2ＯＨとを反応させ、酸無水物基の開環及び閉環を経てイミド化する方法により調製できる。
前記酸無水物には、例えば、無水コハク酸、無水マレイン酸などの飽和又は不飽和脂肪族ジカルボン酸無水物、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸（１，２−シクロヘキサンジカルボン酸無水物）、１，２，３，４−シクロヘキサンテトラカルボン酸１，２−無水物などの飽和又は不飽和非芳香族性環状多価カルボン酸無水物（脂環式多価カルボン酸無水物）、無水ヘット酸、無水ハイミック酸などの橋かけ環式多価カルボン酸無水物（脂環式多価カルボン酸無水物）、無水フタル酸、テトラブロモ無水フタル酸、テトラクロロ無水フタル酸、無水ニトロフタル酸、無水トリメット酸、メチルシクロヘキセントリカルボン酸無水物、無水ピロメリット酸、無水メリト酸、１，８；４，５−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物などの芳香族多価カルボン酸無水物が含まれる。
【００２７】
特に好ましいイミド化合物は、脂環式多価カルボン酸無水物又は芳香族多価カルボン酸無水物、なかでも芳香族多価カルボン酸無水物から誘導されるＮ−ヒドロキシイミド化合物、例えば、Ｎ−ヒドロキシフタル酸イミドなどが含まれる。式（１）で表されるイミド化合物は、単独で又は２種以上組み合わせて使用できる。
【００２８】
本発明の方法において、触媒として用いる式（１）で表されるイミド化合物の使用量は、広い範囲で選択でき、例えば、プラスチック成形品を処理する際に用いる処理液中の濃度として、０．００１〜１ｍｏｌ／ｌ程度、好ましくは０．０１〜０．５ｍｏｌ／ｌ程度である。
【００２９】
本発明では、前記イミド化合物とともに助触媒を用いることもできる。助触媒として、金属化合物が挙げられる。助触媒として金属化合物を用いることにより、反応速度や反応の選択性を向上させることができる。
【００３０】
金属化合物を構成する金属元素としては、特に限定されないが、周期表２〜１５族の金属元素を用いる場合が多い。なお、本明細書では、ホウ素Ｂも金属元素に含まれるものとする。例えば、前記金属元素として、周期表２族元素（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなど）、３族元素（Ｓｃ、ランタノイド元素、アクチノイド元素など）、４族元素（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆなど）、５族元素（Ｖなど）、６族元素（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗなど）、７族元素（Ｍｎなど）、８族元素（Ｆｅ、Ｒｕなど）、９族元素（Ｃｏ、Ｒｈなど）、１０族元素（Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔなど）、１１族元素（Ｃｕなど）、１２族元素（Ｚｎなど）、１３族元素（Ｂ、Ａｌ、Ｉｎなど）、１４族元素（Ｓｎ、Ｐｂなど）、１５族元素（Ｓｂ、Ｂｉなど）などが挙げられる。好ましい金属元素には、遷移金属元素（周期表３〜１２族元素）が含まれる。なかでも、周期表５〜１１族元素、特に５族〜９族元素が好ましく、とりわけＶ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｃｏなどが好ましい。金属元素の原子価は特に制限されず、例えば０〜６価程度である。
【００３１】
金属化合物としては、前記金属元素の単体、水酸化物、酸化物（複合酸化物を含む）、ハロゲン化物（フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物）、オキソ酸塩（例えば、硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩、ホウ酸塩、炭酸塩など）、イソポリ酸の塩、ヘテロポリ酸の塩などの無機化合物；有機酸塩（例えば、酢酸塩、プロピオン酸塩、青酸塩、ナフテン酸塩、ステアリン酸塩など）、錯体などの有機化合物が挙げられる。前記錯体を構成する配位子としては、ＯＨ（ヒドロキソ）、アルコキシ（メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシなど）、アシル（アセチル、プロピオニルなど）、アルコキシカルボニル（メトキシカルボニル、エトキシカルボニルなど）、アセチルアセトナト、シクロペンタジエニル基、ハロゲン原子（塩素、臭素など）、ＣＯ、ＣＮ、酸素原子、Ｈ2Ｏ（アコ）、ホスフィン（トリフェニルホスフィンなどのトリアリールホスフィンなど）のリン化合物、ＮＨ3（アンミン）、ＮＯ、ＮＯ2（ニトロ）、ＮＯ3（ニトラト）、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、ピリジン、フェナントロリンなどの窒素含有化合物などが挙げられる。
【００３２】
金属化合物の具体例としては、例えば、コバルト化合物を例にとると、水酸化コバルト、酸化コバルト、塩化コバルト、臭化コバルト、硝酸コバルト、硫酸コバルト、リン酸コバルトなどの無機化合物；酢酸コバルト、ナフテン酸コバルト、ステアリン酸コバルトなどの有機酸塩；コバルトアセチルアセトナトなどの錯体等の２価又は３価のコバルト化合物などが挙げられる。また、バナジウム化合物の例としては、水酸化バナジウム、酸化バナジウム、塩化バナジウム、塩化バナジル、硫酸バナジウム、硫酸バナジル、バナジン酸ナトリウムなどの無機化合物；バナジウムアセチルアセトナト、バナジルアセチルアセトナトなどの錯体等の２〜５価のバナジウム化合物などが挙げられる。他の金属元素の化合物としては、前記コバルト又はバナジウム化合物に対応する化合物などが例示される。金属化合物は単独で又は２種以上組み合わせて使用できる。
前記金属化合物の使用量は、例えば、前記イミド化合物１モルに対して、０．００１〜０．１モル程度、好ましくは０．００５〜０．０８モル程度である。
【００３３】
本発明では、また、助触媒として、少なくとも１つの有機基が結合した周期表１５族又は１６族元素を含む多原子陽イオン又は多原子陰イオンとカウンターイオンとで構成された有機塩を用いることもできる。助触媒として前記有機塩を用いることにより、反応速度や反応の選択性を向上させることができる。
前記有機塩において、周期表１５族元素には、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉが含まれる。周期表１６族元素には、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅなどが含まれる。好ましい元素としては、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓが挙げられ、特に、Ｎ、Ｐ、Ｓなどが好ましい。
【００３４】
前記元素の原子に結合する有機基には、置換基を有していてもよい炭化水素基、置換オキシ基などが含まれる。炭化水素基としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、ｓ−ブチル、ｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチル、デシル、テトラデシル、ヘキサデシル、オクタデシル、アリルなどの炭素数１〜３０程度（好ましくは炭素数１〜２０程度）の直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基（アルキル基、アルケニル基及びアルキニル基）；シクロペンチル、シクロヘキシルなどの炭素数３〜８程度の脂環式炭化水素基；フェニル、ナフチルなどの炭素数６〜１４程度の芳香族炭化水素基などが挙げられる。炭化水素基が有していてもよい置換基として、例えば、ハロゲン原子、オキソ基、ヒドロキシル基、置換オキシ基（例えば、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシルオキシ基など）、カルボキシル基、置換オキシカルボニル基、置換又は無置換カルバモイル基、シアノ基、ニトロ基、置換又は無置換アミノ基、アルキル基（例えば、メチル、エチル基などのＣ1-4アルキル基など）、シクロアルキル基、アリール基（例えば、フェニル、ナフチル基など）、複素環基などが例示できる。好ましい炭化水素基には、炭素数１〜３０程度のアルキル基、炭素数６〜１４程度の芳香族炭化水素基（特に、フェニル基又はナフチル基）などが含まれる。前記置換オキシ基には、アルコキシ基、アリールオキシ基、アラルキルオキシ基などが含まれる。
【００３５】
前記有機塩の代表的な例として、有機アンモニウム塩、有機ホスホニウム塩、有機スルホニウム塩などの有機オニウム塩が挙げられる。有機アンモニウム塩の具体例としては、テトラメチルアンモニウムクロリド、テトラエチルアンモニウムクロリド、テトラブチルアンモニウムクロリド、テトラヘキシルアンモニウムクロリド、トリオクチルメチルアンモニウムクロリド、トリエチルフェニルアンモニウムクロリド、トリブチル（ヘキサデシル）アンモニウムクロリド、ジ（オクタデシル）ジメチルアンモニウムクロリドなどの第４級アンモニウムクロリド、及び対応する第４級アンモニウムブロミドなどの、窒素原子に４つの炭化水素基が結合した第４級アンモニウム塩；ジメチルピペリジニウムクロリド、ヘキサデシルピリジニウムクロリド、メチルキノリニウムクロリドなどの環状第４級アンモニウム塩などが挙げられる。また、有機ホスホニウム塩の具体例としては、テトラメチルホスホニウムクロリド、テトラブチルホスホニウムクロリド、トリブチル（ヘキサデシル）ホスホニウムクロリド、トリエチルフェニルホスホニウムクロリドなどの第４級ホスホニウムクロリド、及び対応する第４級ホスホニウムブロミドなどの、リン原子に４つの炭化水素基が結合した第４級ホスホニウム塩などが挙げられる。有機スルホニウム塩の具体例としては、トリエチルスルホニウムイオジド、エチルジフェニルスルホニウムイオジドなどの、イオウ原子に３つの炭化水素基が結合したスルホニウム塩などが挙げられる。
また、前記有機塩には、メタンスルホン酸塩、エタンスルホン酸塩、オクタンスルホン酸塩、ドデカンスルホン酸塩などのアルキルスルホン酸塩（例えば、Ｃ6-18アルキルスルホン酸塩）；ベンゼンスルホン酸塩、ｐ−トルエンスルホン酸塩、ナフタレンスルホン酸塩、デシルベンゼンスルホン酸塩、ドデシルベンゼンスルホン酸塩などのアルキル基で置換されていてもよいアリールスルホン酸塩（例えば、Ｃ6-18アルキル−アリールスルホン酸塩）；スルホン酸型イオン交換樹脂（イオン交換体）；ホスホン酸型イオン交換樹脂（イオン交換体）なども含まれる。
前記有機塩の使用量は、例えば、前記イミド化合物１モルに対して、０．００１〜０．１モル程度、好ましくは０．００５〜０．０８モル程度である。
【００３６】
本発明では、前記イミド化合物とともに強酸を用いることもできる。前記イミド化合物と強酸を併用すると、酸素原子含有ガスとして酸素を用いることにより、プラスチック成形品を構成するポリマーのメチレン炭素原子（第２級炭素原子）などにオキソ基を効率よく導入することができる。
【００３７】
前記強酸には、例えばｐＫａ２以下（２５℃）の化合物が含まれる。強酸のｐＫａは、好ましくは−１５〜２程度、さらに好ましくは−１０〜０程度である。強酸としては、例えば、ハロゲン化水素（フッ化水素、塩化水素、臭化水素、ヨウ化水素）、ハロゲン化水素酸（フッ化水素酸、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸）、オキソ酸（硫酸、硝酸、リン酸、クロム酸などの金属酸、塩素酸などのハロゲン酸など）、超強酸（ＣｌＳＯ3Ｈ、Ｈ2ＳＯ4−ＳＯ3、ＦＳＯ3Ｈ、ＦＳＯ3Ｈ−ＳＯ3 、ＦＳＯ3Ｈ−ＳｂＦ5、ＨＦ−ＳｂＦ5など）、ヘテロポリ酸（ケイモリブデン酸、ケイタングステン酸、リンモリブデン酸、リンタングステン酸、リンバナドモリブデン酸、リンバナドタングステン酸など）、スルホン酸類（メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸など）等が挙げられる。好ましい強酸には、無機酸、例えば、ハロゲン化水素、ハロゲン化水素酸、硫酸、ヘテロポリ酸などが含まれる。強酸は単独で又は２種以上混合して使用できる。強酸の使用量は、前記イミド化合物１モルに対して、例えば０．００１〜３モル程度、好ましくは０．１〜１モル程度である。
【００３８】
また、本発明の方法では、系内に、ラジカル発生剤やラジカル反応促進剤を存在させてもよい。このような成分として、例えば、ハロゲン（塩素、臭素など）、過酸（過酢酸、ｍ−クロロ過安息香酸など）、過酸化物（過酸化水素、ｔ−ブチルヒドロペルオキシド（ＴＢＨＰ）等のヒドロペルオキシドなど）などが挙げられる。これらの成分を系内に存在させると、反応が促進される場合がある。前記成分の使用量は、前記イミド化合物１モルに対して、例えば０．００１〜０．１モル程度である。
【００３９】
さらに、本発明では、反応系内に共反応剤（前記イミド化合物の存在下で酸素原子含有ガスと反応可能な化合物；特開平８−３８９０９号公報、特開平９−３２７６２６号公報など参照）を共存させてもよい。反応系内に前記共反応剤を共存させると、該共反応剤がラジカル発生剤的な機能を果たすためか、反応が促進され、プラスチック成形品表面が短時間内に親水性化される場合が多い。
【００４０】
このような共反応剤として、例えば、（ａ）第１級又は第２級アルコール、（ｂ）不飽和結合に隣接する部位に炭素−水素結合を有する化合物、（ｃ）メチン炭素原子を有する化合物、（ｄ）シクロアルカン類、（ｅ）ヘテロ原子の隣接位に炭素−水素結合を有する非芳香族性複素環化合物、（ｆ）共役化合物、（ｇ）芳香族炭化水素、（ｈ）チオール類、（ｉ）エーテル類、（ｊ）スルフィド類、（ｋ）アルデヒド若しくはチオアルデヒド類、及び（ｌ）アミン類から選択された少なくとも１種の化合物を使用できる。これらの化合物は、種々の置換基、例えば、ハロゲン原子、オキソ基、ヒドロキシル基、メルカプト基、置換オキシ基（例えば、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシルオキシ基など）、置換チオ基、カルボキシル基、置換オキシカルボニル基、置換又は無置換カルバモイル基、シアノ基、ニトロ基、置換又は無置換アミノ基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、アリール基（例えば、フェニル、ナフチル基など）、アラルキル基、複素環基などを有していてもよい。
【００４１】
（ａ）第１級又は第２級アルコール
第１級又は第２級アルコール（ａ）には、広範囲のアルコールが含まれる。アルコールは、１価、２価又は多価アルコールの何れであってもよい。第１級アルコールとしては、メタノール、エタノール、１−プロパノール、１−ブタノール、１−デカノール、エチレングリコールなどの飽和又は不飽和脂肪族第１級アルコール；シクロペンチルメチルアルコール、シクロヘキシルメチルアルコールなどの飽和又は不飽和脂環式第１級アルコール；ベンジルアルコール、２−フェニルエチルアルコールなどの芳香族第１級アルコール；２−ヒドロキシメチルピリジンなどの複素環式アルコールが挙げられる。第２級アルコールとしては、２−プロパノール、ｓ−ブチルアルコールなどの飽和又は不飽和脂肪族第２級アルコール；シクロペンタノール、シクロヘキサノールなどの飽和又は不飽和脂環式第２級アルコール；１−フェニルエタノール、１−フェニルプロパノール、１−フェニルメチルエタノール、ジフェニルメタノールなどの芳香族第２級アルコール；１−（２−ピリジル）エタノールなどの複素環式第２級アルコールなどが含まれる。好ましい第１級又は第２級アルコール（ａ）には、第２級アルコール（例えば、ｓ−ブチルアルコールなどの脂肪族第２級アルコール、シクロヘキサノールなどの脂環式第２級アルコール、１−フェニルエタノールなどの芳香族第２級アルコール）が含まれる。前記アルコール（ａ）は単独で又は２種以上を混合して使用できる。
【００４２】
（ｂ）不飽和結合に隣接する部位に炭素−水素結合を有する化合物
不飽和結合に隣接する部位に炭素−水素結合を有する化合物（ｂ）としては、（b1）芳香族性環の隣接位（いわゆるベンジル位）にメチル基又はメチレン基を有する芳香族性化合物、（b2）不飽和結合（例えば、炭素−炭素三重結合、炭素−酸素二重結合など）の隣接位にメチル基又はメチレン基を有する非芳香族性化合物などが挙げられる。前記芳香族性化合物（b1）において、芳香族性環は、芳香族炭化水素環、芳香族性複素環の何れであってもよい。なお、芳香族性環の隣接位のメチレン基は、前記芳香族性環に縮合した非芳香族性環を構成するメチレン基であってもよい。芳香族性環の隣接位にメチル基を有する芳香族化合物としては、例えば、芳香環に１〜６個程度のメチル基が置換した芳香族炭化水素類（例えば、トルエン、キシレン、メチルナフタレンなど）、複素環に１〜６個程度のメチル基が置換した複素環化合物（例えば、４−メチルピリジンなど）などが例示できる。芳香族性環の隣接位にメチレン基を有する芳香族化合物としては、例えば、炭素数２以上のアルキル基又は置換アルキル基を有する芳香族炭化水素類（例えば、エチルベンゼン、プロピルベンゼン、ジフェニルメタンなど）、炭素数２以上のアルキル基又は置換アルキル基を有する芳香族性複素環化合物（例えば、４−エチルピリジンなど）、芳香族性環に非芳香族性環が縮合した化合物であって、該非芳香族性環のうち芳香族性環に隣接する部位にメチレン基を有する化合物（ジヒドロナフタレン、インデン、インダン、テトラリン、フルオレン、アセナフテン、フェナレン、キサンテン等）などが例示できる。
【００４３】
不飽和結合の隣接位にメチル基又はメチレン基を有する非芳香族性化合物（b2）には、例えば、（b2-1）炭素−炭素三重結合の隣接位にメチル基又はメチレン基を有する鎖状不飽和炭化水素類、（b2-2）カルボニル基の隣接位にメチル基又はメチレン基を有する化合物が例示できる。前記鎖状不飽和炭化水素類（b2-1）としては、例えば、メチルアセチレンなどの炭素数３〜２０程度のアルキン類が例示できる。前記化合物（b2-2）には、ケトン類（例えば、アセトン、メチルエチルケトン、３−ペンタノン、アセトフェノンなどの鎖状ケトン類；シクロヘキサノンなどの環状ケトン類）、カルボン酸又はその誘導体（例えば、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、及びこれらのエステルなど）などが含まれる。
【００４４】
（ｃ）メチン炭素原子を有する化合物
メチン炭素原子（又は第３級炭素原子）を有する化合物（ｃ）には、（c1）環の構成単位としてメチン基（すなわち、メチン炭素−水素結合）を含む環状化合物、（c2）メチン炭素原子を有する鎖状化合物が含まれる。環状化合物（c1）には、（c1-1）少なくとも１つのメチン基を有する橋かけ環式化合物、（c1-2）環に炭化水素基が結合した非芳香族性環状化合物（脂環式炭化水素など）などが含まれる。なお、前記橋かけ環式化合物には、２つの環が２個の炭素原子を共有している化合物、例えば、縮合多環式芳香族炭化水素類の水素添加生成物なども含まれる。
【００４５】
橋かけ環式化合物（c1-1）としては、例えば、デカリン、ビシクロ［２．２．２］オクタン、ピナン、ピネン、ボルナン、ノルボルナン、ノルボルネン、カンファー、エンドトリシクロ［５．２．１．０2,6］デカン、アダマンタン、１−アダマンタノール、ペルヒドロアントラセンなどの２〜４環式の橋かけ環式炭化水素又は橋かけ複素環化合物及びそれらの誘導体などが挙げられる。これらの橋かけ環式化合物は、橋頭位（２環が２個の原子を共有している場合には接合部位に相当）にメチン炭素原子を有する。環に炭化水素基が結合した非芳香族性環状化合物（c1-2）としては、１−メチルシクロペンタン、１−メチルシクロヘキサンなどの炭化水素基（例えば、アルキル基など）が環に結合した脂環式炭化水素及びその誘導体等が挙げられる。環に炭化水素基が結合した非芳香族性環状化合物（b1-2）は、環と前記炭化水素基との結合部位にメチン炭素原子を有する。
メチン炭素原子を有する鎖状化合物（c2）としては、第３級炭素原子を有する鎖状炭化水素類、例えば、イソブタン、イソペンタン、イソヘキサン、３−メチルペンタンなどの脂肪族炭化水素類およびその誘導体などが例示できる。
【００４６】
（ｄ）シクロアルカン類
シクロアルカン類（ｄ）としては、例えば、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロドデカン、シクロテトラデカン、及びこれらの誘導体などが例示できる。
【００４７】
（ｅ）ヘテロ原子の隣接位に炭素−水素結合を有する非芳香族性複素環化合物ヘテロ原子の隣接位に炭素−水素結合を有する非芳香族性複素環化合物（ｅ）における非芳香族性複素環には、窒素原子、酸素原子及びイオウ原子から選択された少なくとも１種のヘテロ原子を有する複素環などが含まれる。前記複素環には、ベンゼン環、シクロヘキサン環、ピリジン環などの芳香族性又は非芳香族性の環が１又は２以上縮合していてもよい。前記複素環としては、例えば、ジヒドロフラン、テトラヒドロフラン、ピラン、ジヒドロピラン、テトラヒドロピラン、ピロリジン、ピペリジン、ピペラジン、モルホリン、インドリン、クロマン、イソクロマンなどが例示される。
【００４８】
（ｆ）共役化合物
共役化合物（ｆ）には、共役ジエン類（f1）、α，β−不飽和ニトリル（f2）、α，β−不飽和カルボン酸又はその誘導体（例えば、エステル、アミド、酸無水物等）（f3）などが挙げられる。共役ジエン類（f1）としては、例えば、ブタジエン、イソプレンなどが挙げられる。なお、共役ジエン類（f1）には、二重結合と三重結合とが共役している化合物、例えば、ビニルアセチレンなども含めるものとする。α，β−不飽和ニトリル（f2）としては、例えば、（メタ）アクリロニトリルなどが挙げられる。α，β−不飽和カルボン酸又はその誘導体（f3）としては、（メタ）アクリル酸；（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチルなどの（メタ）アクリル酸エステル；（メタ）アクリルアミド又はその誘導体などが挙げられる。
【００４９】
（ｇ）芳香族炭化水素
芳香族炭化水素（ｇ）としては、ベンゼン、ナフタレン、アセナフチレン、フェナントレン、アントラセン、ナフタセンなどの、少なくともベンゼン環を１つ有する芳香族化合物、好ましくは少なくともベンゼン環が複数個（例えば、２〜１０個）縮合している縮合多環式芳香族化合物などが挙げられる。これらの芳香族炭化水素は、１又は２以上の置換基を有していてもよい。置換基を有する芳香族炭化水素の具体例として、例えば、２−クロロナフタレン、２−メトキシナフタレン、１−メチルナフタレン、２−メチルナフタレン、２−メチルアントラセン、２−ｔ−ブチルアントラセン、２−カルボキシアントラセン、２−エトキシカルボニルアントラセン、２−シアノアントラセン、２−ニトロアントラセン、２−メチルペンタレンなどが挙げられる。また、前記ベンゼン環には、非芳香族性炭素環、芳香族性複素環、又は非芳香族性複素環が縮合していてもよい。
【００５０】
（ｈ）チオール類
チオール類（ｈ）としては、メタンチオール、エタンチオールなどの脂肪族チオール；シクロペンタンチオールなどの脂環式チオール；フェニルメタンチオールなどの芳香族チオールなどが挙げられる。
【００５１】
（ｉ）エーテル類
エーテル類（ｉ）としては、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテルなどの脂肪族エーテル類；アニソール、ジベンジルエーテル等の芳香族エーテルなどが挙げられる。
【００５２】
（ｊ）スルフィド類
スルフィド類（ｊ）としては、ジエチルスルフィド、ジプロピルスルフィドなどの脂肪族スルフィド類；メチルフェニルスルフィド、エチルフェニルスルフィドなどの芳香族スルフィド類などが挙げられる。
【００５３】
（ｋ）アルデヒド若しくはチオアルデヒド類
アルデヒド類としては、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ヘキサナール、デカナール、スクシンアルデヒド、グルタルアルデヒド、アジピンアルデヒドなどの脂肪族アルデヒド；ホルミルシクロヘキサンなどの脂環式アルデヒド；ベンズアルデヒド、ニトロベンズアルデヒド、シンナムアルデヒド、サリチルアルデヒド、アニスアルデヒド、フタルアルデヒド、イソフタルアルデヒド、テレフタルアルデヒドなどの芳香族アルデヒド；フルフラール、ニコチンアルデヒドなどの複素環アルデヒドなどが挙げられる。チオアルデヒド類としては、前記アルデヒド類に対応するチオアルデヒド類が挙げられる。
【００５４】
（ｌ）アミン類
アミン類（ｌ）としては、第１級または第２級アミン、例えば、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、エチレンジアミン、ヒドロキシルアミン、エタノールアミンなどの脂肪族アミン；シクロヘキシルアミンなどの脂環式アミン；ベンジルアミン、トルイジンなどの芳香族アミンなどが例示される。
【００５５】
これらの共反応剤の中でも、（ａ）第１級又は第２級アルコール、（ｂ）不飽和結合に隣接する部位に炭素−水素結合を有する化合物、（ｃ）メチン炭素原子を有する化合物、（ｄ）シクロアルカン類などが好ましく、特に、第２級アルコール、及び（b1）芳香族性環の隣接位（いわゆるベンジル位）にメチル基又はメチレン基を有する芳香族化合物（例えば、トルエンやエチルベンゼンなどのように芳香環の隣接位にメチル基又はメチレン基を有する芳香族炭化水素類；フルオレンやテトラリンなどのように、芳香族性環に非芳香族性環が縮合した化合物であって、該非芳香族性環のうち芳香族性環に隣接する部位にメチレン基を有する化合物など）、アダマンタンなどのメチン炭素原子を有する橋かけ環式化合物などが好ましい。
【００５６】
前記共反応剤は単独で又は２種以上混合して使用できる。共反応剤の使用量は、広い範囲で選択でき、例えば、プラスチック成形品を処理する際に用いる処理液中の濃度として、０．００１〜１０ｍｏｌ／ｌ、好ましくは０．０１〜５ｍｏｌ／ｌ（特に、０．１〜３ｍｏｌ／ｌ）程度である。前記共反応剤を反応溶媒として用いることもできる。
【００５７】
本発明では、また、系内に１，２−ジカルボニル化合物又はそのヒドロキシ還元体を存在させてもよい。１，２−ジカルボニル化合物又はそのヒドロキシ還元体を系内に存在させ、且つ酸素含有ガスとして酸素を用いると、プラスチック成形品表面のポリマー分子を構成する炭素原子（特に、メチン炭素原子）にアシル基が導入され、プラスチック成形品表面が親水性化される。
【００５８】
前記１，２−ジカルボニル化合物又はそのヒドロキシ還元体には、下記式（４）で表される化合物が含まれる。
【化６】
（式中、Ｒa及びＲbは、同一又は異なって、水素原子、炭化水素基又は複素環基を示すか、又は、Ｒa及びＲbは、互いに結合して隣接する２つの炭素原子と共に環を形成してもよい。Ｚ1及びＺ2は、同一又は異なって、酸素原子又はヒドロキシル基を示す）
【００５９】
Ｒa、Ｒbにおける炭化水素基には、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、ｓ−ブチル、ｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチル、デシル、テトラデシル、ヘキサデシル、オクタデシル、アリル基などの炭素数１〜２０（好ましくは１〜１０、特に１〜６）程度の直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基（アルキル基、アルケニル基及びアルキニル基）；シクロペンチル、シクロヘキシル基などの炭素数３〜８程度の脂環式炭化水素基（シクロアルキル基及びシクロアルケニル基）；フェニル、ナフチル基などの炭素数６〜１４程度の芳香族炭化水素基（アリール基）が含まれる。
【００６０】
前記複素環基における複素環としては、例えば、テトラヒドロフラン、ピロリジン、ピペリジン、ピペラジン、モルホリン、インドリン、フラン、オキサゾール、チオフェン、ピロール、ピラゾール、イミダゾール、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、インドール、キノリンなどの窒素原子、酸素原子及びイオウ原子から選択された少なくとも１種のヘテロ原子を１〜３個程度含む３〜１５員（好ましくは５〜１２員、さらに好ましくは５又は６員）程度の複素環（縮合環を含む）などが含まれる。
【００６１】
前記炭化水素基及び複素環基は、種々の置換基、例えば、ハロゲン原子、オキソ基、ヒドロキシル基、置換オキシ基（例えば、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシルオキシ基など）、カルボキシル基、置換オキシカルボニル基、置換又は無置換カルバモイル基、シアノ基、ニトロ基、置換又は無置換アミノ基、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基（例えば、フェニル、ナフチル基など）、複素環基などを有していてもよい。ＲaとＲbは同一の基である場合が多い。
【００６２】
Ｒa及びＲbが互いに結合して隣接する２つの炭素原子と共に形成する環としては、シクロペンタン環、シクロヘキサン環などの３〜１５員（好ましくは５〜６員）程度のシクロアルカン環が挙げられる。前記環は、例えば上記のような置換基を有していてもよい。
Ｚ1及びＺ2は、酸素原子又はヒドロキシル基を示し、炭素原子とＺ1、Ｚ2との結合は単結合又は二重結合である。
【００６３】
式（４）で表される化合物のうち、好ましい化合物には、下記式（4a）で表される化合物が含まれる。
【化７】
（式中、Ｒa1及びＲb1は、同一又は異なって、炭素数１〜４のアルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を示すか、又は、Ｒa1及びＲb1は、互いに結合して隣接する２つの炭素原子と共に環を形成してもよい。Ｚ1及びＺ2は、同一又は異なって、酸素原子又はヒドロキシル基を示す）
特に好ましいＲa1及びＲb1は、メチル基又はエチル基、特にメチル基である。Ｒa1及びＲb1は同一の基である場合が多い。
【００６４】
前記１，２−ジカルボニル化合物の好ましい具体例として、ビアセチル（２，３−ブタンジオン）、２，３−ペンタンジオン、３，４−ヘキサンジオン、ビベンゾイル（ベンジル）、アセチルベンゾイル、シクロペンタン−１，２−ジオン、シクロヘキサン−１，２−ジオンなどのα−ジケトン類が挙げられる。なかでも、ビアセチルなどが好ましい。前記１，２−ジカルボニル化合物のヒドロキシ還元体の好ましい例としては、アセトイン、ベンゾインなどのα−ケトアルコール類；２，３−ブタンジオール、２，３−ペンタンジオールなどのビシナルジオール類が含まれる。なかでも、アセトイン、２，３−ブタンジオールなどが好ましい。
【００６５】
前記１，２−ジカルボニル化合物又はそのヒドロキシ還元体の使用量は、例えば、前記イミド化合物１モルに対して、２〜１０００モル程度、好ましくは５〜５００モル程度である。なお、１，２−ジカルボニル化合物又はそのヒドロキシ還元体を用いる場合、前記イミド化合物の代わりに、又は、前記イミド化合物と共に前記金属化合物を用いてもよい。
【００６６】
本発明において、酸素原子含有ガス（以下、「反応ガス」と称する場合がある）には、例えば、酸素、一酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物などが含まれる。これらのガスは、単独で又は２種以上組み合わせて使用できる。
【００６７】
酸素は、分子状酸素、活性酸素の何れであってもよい。分子状酸素は、特に制限されず、純粋な酸素を用いてもよく、窒素、ヘリウム、アルゴン、二酸化炭素などの不活性ガスで希釈した酸素や空気を使用してもよい。酸素として分子状酸素を用いる場合が多い。
【００６８】
窒素酸化物としては、例えば、Ｎ2Ｏ3、Ｎ2Ｏ、ＮＯ、ＮＯ2などが挙げられる。これら（例えば、Ｎ2Ｏ、ＮＯ、ＮＯ2など）は酸素と共に用いることができる。また、硫黄酸化物としては、ＳＯ2、ＳＯ3などが例示できる。これら（例えば、ＳＯ2など）は酸素と共に用いることができる。
【００６９】
反応ガスとして酸素を用いる場合には、プラスチック成形品表面のポリマー分子の第１級炭素原子（例えば、ベンジル位又はアリル位のメチル炭素原子）、第２級炭素原子（例えば、ベンジル位又はアリル位のメチレン炭素原子、非芳香族性炭素環を形成するメチレン炭素原子など）又は第３級炭素原子（分岐状アルキル基又はアルキレン基におけるメチン炭素原子、多環式基の接合位や橋頭位のメチン炭素原子など）にヒドロキシル基、オキソ基又はカルボキシル基が導入される。
【００７０】
反応ガスとして一酸化炭素と酸素とを用いると、プラスチック成形品表面のポリマー分子を構成する炭素原子にカルボキシル基を導入できる。この場合、一酸化炭素と酸素の割合は、一酸化炭素／酸素（モル比）＝１／９９〜９９／１、好ましくは１０／９０〜９９／１程度である。
【００７１】
また、反応ガスとして酸素を用い、且つ反応系内に前記１，２−ジカルボニル化合物又はそのヒドロキシ還元体を存在させると、前記のように、プラスチック成形品表面のポリマー分子を構成する炭素原子（特に、メチン炭素原子）にアシル基［式（４）で表される化合物を用いる場合には、ＲaＣ（＝Ｏ）−又はＲbＣ（＝Ｏ）−］が導入される。
【００７２】
反応ガスとして窒素酸化物（又は、窒素酸化物と酸素）を用いると、プラスチック成形品表面のポリマー分子を構成する炭素原子にニトロ基が導入される。また、反応ガスとして硫黄酸化物（又は、硫黄酸化物と酸素）を用いた場合には、プラスチック成形品表面のポリマー分子を構成する炭素原子に、ＳＯ3Ｈ基、ＳＯ2Ｈ基などが導入される。
反応ガスの使用量は、反応速度、所望する親水性基導入量、操作性などを考慮して適宜選択できる。
【００７３】
プラスチック成形品の処理は、通常、該成形品を前記イミド化合物を含む溶媒中に浸漬し、反応ガスを前記溶媒中に導入することにより行われる。反応ガスは液化して導入することも可能である。
【００７４】
溶媒としては、例えば、酢酸、プロピオン酸などの有機酸；アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル類；ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルアセトアミドなどのアミド類；ｔ−ブタノール、ｔ−アミルアルコールなどのアルコール類；ヘキサン、オクタンなどの脂肪族炭化水素；ベンゼンなどの芳香族炭化水素；クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、四塩化炭素、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリフルオロメチルベンゼンなどのハロゲン化炭化水素；ニトロベンゼン、ニトロメタン、ニトロエタンなどのニトロ化合物；酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル類；ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテルなどのエーテル類；及びこれらの混合溶媒などが挙げられる。溶媒中に水を適量添加してもよい。
【００７５】
溶媒はプラスチック成形品を構成するポリマーの種類などにより適宜選択できる。溶媒としては、成形品の表面形状を変化させないため、該ポリマーに対して親和性を有するが該ポリマーを溶解しないものを用いるのが好ましい。溶媒として、酢酸などの有機酸、ベンゾニトリルなどのニトリル類、トリフルオロメチルベンゼンなどのハロゲン化炭化水素等を用いる場合が多い。
【００７６】
処理温度は、プラスチック成形品を構成するポリマーの種類や反応ガスの種類などに応じて適当に選択できる。例えば、反応ガスとして酸素を用いて成形品ポリマーの炭素原子にヒドロキシル基やオキソ基などを導入する場合には、処理温度は０〜３００℃程度、好ましくは３０〜２５０℃程度（例えば、４０〜１５０℃程度）である。また、反応ガスとして一酸化炭素と酸素とを用い、成形品ポリマーの炭素原子にカルボキシル基を導入する場合の処理温度は、例えば０〜２００℃程度、好ましくは１０〜１５０℃程度である。さらに、反応ガスとして窒素酸化物又は硫黄酸化物を用いる場合の処理温度は、例えば０〜１５０℃程度、好ましくは１０〜１２５℃程度である。前記処理は、常圧又は加圧下で行うことができ、加圧下で行う場合には、通常、１〜１００ａｔｍ（例えば、１．５〜８０ａｔｍ）、好ましくは２〜７０ａｔｍ程度である。処理時間は、処理温度及び処理圧力に応じて、例えば、３０分〜４８時間程度の範囲から適当に選択できる。処理温度や処理時間などの反応条件を調整することにより、プラスチック成形品表面の親水性の度合いをコントロールすることができる。
前記処理は、反応ガスの存在下又は反応ガスの流通下、回分式、半回分式、連続式などの慣用の方法により行うことができる。
【００７７】
上記処理により、プラスチック成形品の表面ポリマーを構成する炭素原子にヒドロキシル基などの親水性基が導入され、成形品表面に親水性が付与される。こうして表面改質されたプラスチック成形品は、光学用レンズ、光ディスク等の光学用材料などとして有用である。
【００７８】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、酸素原子含有ガスと特定構造を有するイミド化合物の触媒作用とにより、プラスチック成形品の表面ポリマーを構成する炭素原子にのみヒドロキシル基等の親水性基を導入できる。このため、成形品の大部分を占める内部ポリマーの疎水性はそのまま保持され、成形品全体の吸湿率は表面改質前とほとんど変わらず、吸湿による屈折率や寸法の変化を小さく抑えることができる。その一方、成形品の表面は親水性が向上しているため、各種コーティング剤（コーティング被膜）との密着性、接着性が増大するとともに、成形品表面の帯電防止性も期待できる。また、本発明の方法は、第１級〜第３級炭素原子を有する広範なポリマー成形品に適用でき、しかも、その表面に処理液が接触しさえすれば成形品の形状は問われないため、汎用性に著しく優れる。さらに、反応条件（例えば、温度、時間など）を調整することにより、成形品表面の親水性の程度をコントロールすることができる。
本発明の表面改質プラスチック成形品は、上記方法により得られるため、光学的及び寸法的安定性に優れ、しかもコーティング被膜との密着性、接着性及び帯電防止性に優れる。
【００７９】
【実施例】
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
【００８０】
実施例１
ポリプロピレン［ＦＬ１００、グランドポリマ（株）製］を熱プレスし、所定の大きさにカットしたポリプロピレンシート（１０ｍｍ×３０ｍｍ×厚み１．０ｍｍ）を界面活性剤水溶液及びメタノールにて順次洗浄した後、Ｎ−ヒドロキシフタルイミド５ミリモル、コバルトアセチルアセトナト（II）０．０５ミリモル、及び酢酸３０ｍｌの混合液中に浸漬し、酸素雰囲気下（１ａｔｍ）、７５℃で４時間静置して、酸化処理した。
上記処理前と処理後のポリプロピレンシートについて、下記方法により水の接触角及び吸水率を測定した。その結果を表１に示す。
（水の接触角）
試料の表面に０．００６ｃｃの純水を滴下し、自動接触角計［ＣＡ−Ｚ型、協和界面科学（株）製］で水滴の接触角（ｄｅｇ）を測定した。
（吸水率）
試料を２５℃の純水に浸し、２４時間後の重量増加量の乾燥重量に対する比を求め、吸水率（％）とした。
【００８１】
実施例２
ポリプロピレンシートに代えて、ポリスチレン［３１Ｎ、ダイセル化学工業（株）製］を熱プレスし、所定の大きさにカットしたポリスチレンシート（１０ｍｍ×３０ｍｍ×厚み１．０ｍｍ）を用いた以外は、実施例１と同様の操作を行った。そして、処理前及び酸化処理後のシートにつき、実施例１と同様にして水の接触角及び吸水率を測定した。その結果を表１に示す。
【００８２】
実施例３
ポリプロピレンシートに代えて、低密度ポリエチレン［Ｇ１０９、住友化学工業（株）製］を熱プレスし、所定の大きさにカットした低密度ポリエチレンシート（１０ｍｍ×３０ｍｍ×厚み１．０ｍｍ）を用いた以外は、実施例１と同様の操作を行った。そして、処理前及び酸化処理後のシートにつき、実施例１と同様にして水の接触角及び吸水率を測定した。その結果を表１に示す。
【００８３】
実施例４
ポリプロピレンシートに代えて、メタロセン系ポリエチレン［ユメリット１５２０Ｆ、宇部興産（株）製］を熱プレスし、所定の大きさにカットしたメタロセン系ポリエチレンシート（１０ｍｍ×３０ｍｍ×厚み１．０ｍｍ）を用いた以外は、実施例１と同様の操作を行った。そして、処理前及び酸化処理後のシートにつき、実施例１と同様にして水の接触角及び吸水率を測定した。その結果を表１に示す。
【００８４】
実施例５
ポリプロピレンシートに代えて、シクロペンタジエン系ポリマー［ゼオネックス４５０、日本ゼオン（株）製］を熱プレスし、所定の大きさにカットしたシクロペンタジエン系ポリマーシート（１０ｍｍ×３０ｍｍ×厚み１．０ｍｍ）を用いた以外は、実施例１と同様の操作を行った。そして、処理前及び酸化処理後のシートにつき、実施例１と同様にして水の接触角及び吸水率を測定した。その結果を表１に示す。
【００８５】
実施例６
ポリプロピレン［ＦＬ１００、グランドポリマ（株）製］を熱プレスし、所定の大きさにカットしたポリプロピレンシート（１０ｍｍ×３０ｍｍ×厚み１．０ｍｍ）を界面活性剤水溶液及びメタノールにて順次洗浄した後、Ｎ−ヒドロキシフタルイミド５ミリモル、コバルトアセチルアセトナト（II）０．０５ミリモル、アダマンタン３０ミリモル、及び酢酸３０ｍｌの混合液中に浸漬し、酸素雰囲気下（１ａｔｍ）、７５℃で１時間静置して、酸化処理した。
上記処理前と処理後のポリプロピレンシートにつき、実施例１と同様にして水の接触角及び吸水率を測定した。その結果を表１に示す。
【００８６】
【表１】
表１より、実施例において酸化処理されたプラスチックシートでは、吸水率は処理前と同等であるが、水の接触角は大幅に低下してシート表面の親水性が向上したことが分かる。
【発明の属する技術分野】
本発明はプラスチック成形品の表面改質方法、特にプラスチック成形品の表面にコーティング被膜との密着性、接着性、帯電防止性などを付与する表面改質方法、及び該方法により得られる表面改質プラスチック成形品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学用レンズ、光ディスク等の光学用材料に用いられる樹脂は、高い透明度、低い複屈折率などの基本特性のほかに、その表面に形成されるコーティング被膜との密着性が要求される場合が多い。また、それに加えて、環境条件による光学的特性（特に、屈折率）の変化や寸法変化の小さいことが望まれる。透明樹脂の代表格であるポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）は接着性や、コーティング被膜との密着性等に優れているが、その反面、吸湿性が高いため、吸湿による屈折率の変化が大きく、焦点距離の変動を引き起こす。このため、ＰＭＭＡはカメラ等の光学用レンズに用いることができない。また、吸湿による寸法変化も大きいため、光磁気ディスクのように、固体無機膜をコーティングする用途では、寸法変化に伴う無機膜のひび割れが生じるという問題がある。さらに、光ディスク用に主として用いられているポリカーボネート（ＰＣ）では上記の問題は比較的少ないものの、複屈折率が大きいという問題がある。
【０００３】
一方、上記の吸湿性に起因する問題を解消するため、近年、光学材料用ポリマーとして、主鎖に非芳香族性環を導入したポリオレフィン系樹脂（商品名：ＡＰＯ、ＺＥＯＮＥＸなど）が報告されている。しかし、この樹脂は、ポリオレフィン系ポリマーの特徴である高い疎水性を有しているため、表面に形成されるコーティング被膜との密着性が小さいという問題点を有する。また、この問題を解決する目的で、前記非芳香族性環に極性基を導入したポリオレフィン系樹脂（商品名：ＡＲＴＯＮ）も上市されている。しかし、この樹脂の吸湿性は極性基を有しないポリオレフィン系樹脂に比べて必然的に大きくなってしまう。
【０００４】
以上のように、光学的安定性及び寸法安定性を確保するために要求される低い吸水率と、コーティング被膜との密着性に寄与する親水性とは、互いにトレードオフの関係にある。これらの２つの特性を両立させるには、レンズやディスク基板等の成形品の内部は吸湿率の小さい疎水的なポリマーで形成されており、その表面のみがコーティング被膜との密着性に優れた親水性のポリマーであることが理想的である。
【０００５】
一般に、プラスチック表面の改質方法として、（ｉ）界面活性剤をコーティングする方法、（ii）コロナ放電により表面を活性化する方法、（iii）レーザーアブレージョンにより表面を活性化する方法等が知られている。しかし、（ｉ）の方法では、一時的な帯電防止性の付与などには有用であっても、コーティング被膜との密着性の点では不十分であり、（ii）及び（iii）の方法では、プラスチック表面に微細な凹凸が発生するという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、プラスチック成形品の吸水率を大きく変動させることなく、表面にのみ親水性を付与できるプラスチック成形品の表面改質方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、疎水性の大きなポリマーで形成された成形品の表面のみを親水化して、コーティング被膜との密着性、接着性、帯電防止性を向上できるプラスチックの表面改質方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、表面に凹凸を生じさせることなく、表面を親水化できるプラスチック成形品の表面改質方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、光学的及び寸法的安定性に優れ、しかもコーティング被膜との密着性、接着性、帯電防止性に優れた表面改質プラスチック成形品を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記目的を達成するため鋭意検討した結果、プラスチック成形品を、特定の触媒の存在下、酸素原子含有ガスで処理すると、該成形品の表面のみを効率よく親水化できることを見いだし、本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、本発明は、プラスチック成形品を、下記式（１）
【化２】
前記酸素原子含有ガスとして、酸素、一酸化炭素、窒素酸化物及び硫黄酸化物から選択された少なくとも１種のガスを使用できる。
本発明は、また、プラスチック成形品を上記の方法により処理して得られる表面改質プラスチック成形品を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明において、被処理物であるプラスチック成形品には、主鎖又は側鎖に第１級、第２級又は第３級炭素原子を有する各種ポリマーで形成されたプラスチック成形品が含まれる。
【００１０】
前記プラスチック成形品を構成するポリマーとしては、例えば、ポリエチレン（低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、メタロセン系ポリエチレンなど）、エチレンコポリマー（例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、エチレン−メタクリル酸エステル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、アイオノマーなど）、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、ポリ−１−ブテン、ポリ（４−メチルペンテン）（ＴＰＸ）、ポリイソブチレンなどのオレフィン系樹脂；ポリブタジエン、ポリイソプレン、ブタジエン−スチレン共重合体、ブタジエン−プロピレン共重合体、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、イソプレン−スチレン共重合体などのジエン系樹脂；シクロオレフィン類（例えば、シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘプテン、シクロオクテン、３−メチルシクロオクテン、シクロオクタジエン、シクロデセン、３−メチルシクロデセン、シクロドデセン、シクロドデカトリエン等）、ノルボルネン誘導体、テトラシクロドデセン、ジシクロペンタジエンと（メタ）アクリル酸エステルとのディールスアルダー反応生成物などの環状オレフィン類の開環重合体又はその水添物；前記環状オレフィン類とエチレンなどのオレフィン類との共重合体；ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、ポリ（α−メチルスチレン）などの芳香族ビニル化合物を単量体成分とするポリマー；ビニルシクロヘキサン、ビニルシクロヘキセン、ビニルアダマンタン、ビニルノルボルナン、ビニルノルボルネンなどの脂環式ビニル化合物を単量体成分とするポリマー；塩化ビニル系樹脂；塩化ビニリデン系樹脂；酢酸ビニル系樹脂；セルロース系樹脂；ポリエーテル；二塩基酸とグリコールの重縮合により生成する種々のポリエステル；ポリアミド；（メタ）アクリル酸エステルなどのアクリル系化合物を単量体成分とするアクリル系樹脂などが含まれる。なお、上記環状オレフィン類の開環重合体は、メタセシス重合により得ることができる。
【００１１】
これらのポリマーのうち、（Ａ）主鎖が飽和炭素鎖である炭化水素系ポリマー、例えば、（A1）ポリエチレン（低密度ポリエチレン、メタロセン系ポリエチレンなど）、ポリプロピレン、ポリ（４−メチルペンテン）などのオレフィン系樹脂、（A2）下記式（２）
【化３】
で表される繰り返し単位を有する脂環式炭化水素系樹脂（環状オレフィン類の開環重合体の水添物、環状オレフィン類とエチレンとの共重合体など）、（A3）ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体などの芳香族炭化水素系樹脂（芳香族ビニル化合物を単量体成分とするポリマー）、（A4）ビニルシクロヘキサン、ビニルアダマンタンなどの脂環式ビニル化合物を単量体成分とするポリマーなどが好ましい。
【００１２】
前記Ａ環としては、例えば、シクロペンタン環、ノルボルナン環、トリシクロ［４．３．０．１2,5］デカン環、テトラシクロ［４．４．０．１2,5．１7,10］ドデカン環などが挙げられる。Ａ環は置換基を有していてもよい。前記置換基として、例えば、メチル、エチル、イソプロピル基などのアルキル基（例えば、Ｃ1-4アルキル基）；シアノ基；メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、ブトキシカルボニル基などのエステル基（置換オキシカルボニル基）などが挙げられる。
【００１３】
前記脂環式炭化水素系樹脂（A2）の代表的な例として、商品名「アートン」（日本合成ゴム（株）製）、商品名「ゼオネックス」（日本ゼオン（株）製）、商品名「アペル」（三井化学（株）製）、商品名「アポ」（三井化学（株）製）などが例示される。
【００１４】
また、前記プラスチック成形品を構成するポリマーとして、（Ｂ）下記式（３）
【化４】
で表される繰り返し単位を有するアクリル系樹脂（分子内に脂環式炭素環を有するアクリル系樹脂）も好ましい。このようなアクリル系樹脂は、例えばポリメチルメタクリレートと比較して疎水性が高く、吸湿に起因する光学的特性や寸法の変動が小さい。
【００１５】
前記Ｂ環は、メチル、エチル、イソプロピル基などのアルキル基（例えば、Ｃ1-4アルキル基）等の置換基を有していてもよい。Ｂ環の代表的な例として、トリシクロ［５．２．１．０2,6］デカン環、アダマンタン環、ノルボルネン環、デカリン環、パーヒドロアントラセン環などが挙げられる。前記脂環式炭素環を有するアクリル系樹脂は、式（３）で表される繰り返し単位に対応する（メタ）アクリル酸エステルの単独重合体であってもよく、該（メタ）アクリル酸エステルとメタクリル酸メチルなどの他の共重合性モノマーとの共重合体であってもよい。
【００１６】
プラスチック成形品を構成するポリマーは、酸素原子含有ガスに対する反応性の点から、第２級又は第３級炭素原子、特に第３級炭素原子を有しているのが好ましい。
【００１７】
前記プラスチック成形品の成形法としては特に制限はなく、本発明は、例えば、射出成形、押出成形、ブロー成形、カレンダ加工、圧縮成形、トランスファ成形、積層成形、注型等の慣用の成形法により得られた種々のプラスチック成形品に適用できる。前記成形品は熱硬化やＵＶ硬化により得られた成形品であってもよい。また、プラスチック成形品の形状も特に限定されず、フィルム又はシート状、柱状、塊状、ペレット状、粉末状等の何れであってもよく、複雑な形状を呈していてもよい。
【００１８】
本発明では、触媒として、前記式（１）で表されるイミド化合物を用いる。このイミド化合物において、置換基Ｒ1及びＲ2のうちハロゲン原子には、ヨウ素、臭素、塩素およびフッ素原子が含まれる。アルキル基には、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、ｓ−ブチル、ｔ−ブチル、ヘキシル、デシル基などの炭素数１〜１０程度の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基が含まれる。好ましいアルキル基としては、例えば、炭素数１〜６程度、特に炭素数１〜４程度の低級アルキル基が挙げられる。
【００１９】
アリール基には、フェニル、ナフチル基などが含まれ、シクロアルキル基には、シクロペンチル、シクロヘキシル基などが含まれる。アルコキシ基には、例えば、メトキシ、エトキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、ｔ−ブトキシ、ヘキシルオキシ基などの炭素数１〜１０程度、好ましくは炭素数１〜６程度、特に炭素数１〜４程度の低級アルコキシ基が含まれる。
【００２０】
アルコキシカルボニル基には、例えば、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、イソプロポキシカルボニル、ブトキシカルボニル、ｔ−ブトキシカルボニル、ヘキシルオキシカルボニル基などのアルコキシ部分の炭素数が１〜１０程度のアルコキシカルボニル基が含まれる。好ましいカルボニル基にはアルコキシ部分の炭素数が１〜６程度、特に１〜４程度の低級アルコキシカルボニル基が含まれる。アシル基としては、例えば、ホルミル、アセチル、プロピオニル、ブチリル、イソブチリル、バレリル、イソバレリル、ピバロイル基などの炭素数１〜６程度のアシル基が例示できる。
【００２１】
前記置換基Ｒ1及びＲ2は、同一又は異なっていてもよい。また、前記式（１）において、Ｒ1及びＲ2は互いに結合して、二重結合、または芳香族性又は非芳香属性の環を形成してもよい。好ましい芳香族性又は非芳香族性環は５〜１２員環、特に６〜１０員環程度であり、複素環又は縮合複素環であってもよいが、炭化水素環である場合が多い。このような環には、例えば、非芳香族性脂環式環（シクロヘキサン環などの置換基を有していてもよいシクロアルカン環、シクロヘキセン環などの置換基を有していてもよいシクロアルケン環など）、非芳香族性橋かけ環（５−ノルボルネン環などの置換基を有していてもよい橋かけ式炭化水素環など）、ベンゼン環、ナフタレン環などの置換基を有していてもよい芳香族環（縮合環を含む）が含まれる。前記環は、芳香族環で構成される場合が多い。前記環は、アルキル基、ハロアルキル基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、アシル基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、ハロゲン原子などの置換基を有していてもよい。
前記式（１）において、Ｘは酸素原子又はヒドロキシル基を示し、窒素原子ＮとＸとの結合は単結合又は二重結合である。
【００２２】
前記Ｒ1、Ｒ2、又はＲ1及びＲ2が互いに結合して形成された二重結合又は芳香族性若しくは非芳香族性の環には、上記式（１）中に示されるＮ−置換環状イミド基がさらに１又は２個形成されていてもよい。例えば、Ｒ1又はＲ2が炭素数２以上のアルキル基である場合、このアルキル基を構成する隣接する２つの炭素原子を含んで前記Ｎ−置換環状イミド基が形成されていてもよい。また、Ｒ1及びＲ2が互いに結合して二重結合を形成する場合、該二重結合を含んで前記Ｎ−置換環状イミド基が形成されていてもよい。さらに、Ｒ1及びＲ2が互いに結合して芳香族性若しくは非芳香族性の環を形成する場合、該環を構成する隣接する２つの炭素原子を含んで前記Ｎ−置換環状イミド基が形成されていてもよい。
【００２３】
好ましいイミド化合物には、下記式で表される化合物が含まれる。
【化５】
【００２４】
置換基Ｒ3〜Ｒ6において、アルキル基には、前記例示のアルキル基と同様のアルキル基、特に炭素数１〜６程度のアルキル基が含まれ、ハロアルキル基には、トリフルオロメチル基などの炭素数１〜４程度のハロアルキル基、アルコキシ基には、前記と同様のアルコキシ基、特に炭素数１〜４程度の低級アルコキシ基、アルコキシカルボニル基には、前記と同様のアルコキシカルボニル基、特にアルコキシ部分の炭素数が１〜４程度の低級アルコキシカルボニル基が含まれる。また、アシル基としては、前記と同様のアシル基、特に炭素数１〜６程度のアシル基が例示され、ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素原子が例示できる。置換基Ｒ3〜Ｒ6は、通常、水素原子、炭素数１〜４程度の低級アルキル基、カルボキシル基、ニトロ基、ハロゲン原子である場合が多い。Ｒ3〜Ｒ6が互いに結合して形成する環としては、前記Ｒ1及びＲ2が互いに結合して形成する環と同様であり、特に芳香族性又は非芳香族性の５〜１２員環が好ましい。
【００２５】
好ましいイミド化合物の代表的な例として、例えば、Ｎ−ヒドロキシコハク酸イミド、Ｎ−ヒドロキシマレイン酸イミド、Ｎ−ヒドロキシヘキサヒドロフタル酸イミド、Ｎ，Ｎ′−ジヒドロキシシクロヘキサンテトラカルボン酸イミド、Ｎ−ヒドロキシフタル酸イミド、Ｎ−ヒドロキシテトラブロモフタル酸イミド、Ｎ−ヒドロキシテトラクロロフタル酸イミド、Ｎ−ヒドロキシヘット酸イミド、Ｎ−ヒドロキシハイミック酸イミド、Ｎ−ヒドロキシトリメリット酸イミド、Ｎ，Ｎ′−ジヒドロキシピロメリット酸イミド、Ｎ，Ｎ′−ジヒドロキシナフタレンテトラカルボン酸イミドなどが挙げられる。
【００２６】
前記イミド化合物は、慣用のイミド化反応、例えば、対応する酸無水物とヒドロキシルアミンＮＨ2ＯＨとを反応させ、酸無水物基の開環及び閉環を経てイミド化する方法により調製できる。
前記酸無水物には、例えば、無水コハク酸、無水マレイン酸などの飽和又は不飽和脂肪族ジカルボン酸無水物、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸（１，２−シクロヘキサンジカルボン酸無水物）、１，２，３，４−シクロヘキサンテトラカルボン酸１，２−無水物などの飽和又は不飽和非芳香族性環状多価カルボン酸無水物（脂環式多価カルボン酸無水物）、無水ヘット酸、無水ハイミック酸などの橋かけ環式多価カルボン酸無水物（脂環式多価カルボン酸無水物）、無水フタル酸、テトラブロモ無水フタル酸、テトラクロロ無水フタル酸、無水ニトロフタル酸、無水トリメット酸、メチルシクロヘキセントリカルボン酸無水物、無水ピロメリット酸、無水メリト酸、１，８；４，５−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物などの芳香族多価カルボン酸無水物が含まれる。
【００２７】
特に好ましいイミド化合物は、脂環式多価カルボン酸無水物又は芳香族多価カルボン酸無水物、なかでも芳香族多価カルボン酸無水物から誘導されるＮ−ヒドロキシイミド化合物、例えば、Ｎ−ヒドロキシフタル酸イミドなどが含まれる。式（１）で表されるイミド化合物は、単独で又は２種以上組み合わせて使用できる。
【００２８】
本発明の方法において、触媒として用いる式（１）で表されるイミド化合物の使用量は、広い範囲で選択でき、例えば、プラスチック成形品を処理する際に用いる処理液中の濃度として、０．００１〜１ｍｏｌ／ｌ程度、好ましくは０．０１〜０．５ｍｏｌ／ｌ程度である。
【００２９】
本発明では、前記イミド化合物とともに助触媒を用いることもできる。助触媒として、金属化合物が挙げられる。助触媒として金属化合物を用いることにより、反応速度や反応の選択性を向上させることができる。
【００３０】
金属化合物を構成する金属元素としては、特に限定されないが、周期表２〜１５族の金属元素を用いる場合が多い。なお、本明細書では、ホウ素Ｂも金属元素に含まれるものとする。例えば、前記金属元素として、周期表２族元素（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなど）、３族元素（Ｓｃ、ランタノイド元素、アクチノイド元素など）、４族元素（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆなど）、５族元素（Ｖなど）、６族元素（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗなど）、７族元素（Ｍｎなど）、８族元素（Ｆｅ、Ｒｕなど）、９族元素（Ｃｏ、Ｒｈなど）、１０族元素（Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔなど）、１１族元素（Ｃｕなど）、１２族元素（Ｚｎなど）、１３族元素（Ｂ、Ａｌ、Ｉｎなど）、１４族元素（Ｓｎ、Ｐｂなど）、１５族元素（Ｓｂ、Ｂｉなど）などが挙げられる。好ましい金属元素には、遷移金属元素（周期表３〜１２族元素）が含まれる。なかでも、周期表５〜１１族元素、特に５族〜９族元素が好ましく、とりわけＶ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｃｏなどが好ましい。金属元素の原子価は特に制限されず、例えば０〜６価程度である。
【００３１】
金属化合物としては、前記金属元素の単体、水酸化物、酸化物（複合酸化物を含む）、ハロゲン化物（フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物）、オキソ酸塩（例えば、硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩、ホウ酸塩、炭酸塩など）、イソポリ酸の塩、ヘテロポリ酸の塩などの無機化合物；有機酸塩（例えば、酢酸塩、プロピオン酸塩、青酸塩、ナフテン酸塩、ステアリン酸塩など）、錯体などの有機化合物が挙げられる。前記錯体を構成する配位子としては、ＯＨ（ヒドロキソ）、アルコキシ（メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシなど）、アシル（アセチル、プロピオニルなど）、アルコキシカルボニル（メトキシカルボニル、エトキシカルボニルなど）、アセチルアセトナト、シクロペンタジエニル基、ハロゲン原子（塩素、臭素など）、ＣＯ、ＣＮ、酸素原子、Ｈ2Ｏ（アコ）、ホスフィン（トリフェニルホスフィンなどのトリアリールホスフィンなど）のリン化合物、ＮＨ3（アンミン）、ＮＯ、ＮＯ2（ニトロ）、ＮＯ3（ニトラト）、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、ピリジン、フェナントロリンなどの窒素含有化合物などが挙げられる。
【００３２】
金属化合物の具体例としては、例えば、コバルト化合物を例にとると、水酸化コバルト、酸化コバルト、塩化コバルト、臭化コバルト、硝酸コバルト、硫酸コバルト、リン酸コバルトなどの無機化合物；酢酸コバルト、ナフテン酸コバルト、ステアリン酸コバルトなどの有機酸塩；コバルトアセチルアセトナトなどの錯体等の２価又は３価のコバルト化合物などが挙げられる。また、バナジウム化合物の例としては、水酸化バナジウム、酸化バナジウム、塩化バナジウム、塩化バナジル、硫酸バナジウム、硫酸バナジル、バナジン酸ナトリウムなどの無機化合物；バナジウムアセチルアセトナト、バナジルアセチルアセトナトなどの錯体等の２〜５価のバナジウム化合物などが挙げられる。他の金属元素の化合物としては、前記コバルト又はバナジウム化合物に対応する化合物などが例示される。金属化合物は単独で又は２種以上組み合わせて使用できる。
前記金属化合物の使用量は、例えば、前記イミド化合物１モルに対して、０．００１〜０．１モル程度、好ましくは０．００５〜０．０８モル程度である。
【００３３】
本発明では、また、助触媒として、少なくとも１つの有機基が結合した周期表１５族又は１６族元素を含む多原子陽イオン又は多原子陰イオンとカウンターイオンとで構成された有機塩を用いることもできる。助触媒として前記有機塩を用いることにより、反応速度や反応の選択性を向上させることができる。
前記有機塩において、周期表１５族元素には、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉが含まれる。周期表１６族元素には、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅなどが含まれる。好ましい元素としては、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓが挙げられ、特に、Ｎ、Ｐ、Ｓなどが好ましい。
【００３４】
前記元素の原子に結合する有機基には、置換基を有していてもよい炭化水素基、置換オキシ基などが含まれる。炭化水素基としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、ｓ−ブチル、ｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチル、デシル、テトラデシル、ヘキサデシル、オクタデシル、アリルなどの炭素数１〜３０程度（好ましくは炭素数１〜２０程度）の直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基（アルキル基、アルケニル基及びアルキニル基）；シクロペンチル、シクロヘキシルなどの炭素数３〜８程度の脂環式炭化水素基；フェニル、ナフチルなどの炭素数６〜１４程度の芳香族炭化水素基などが挙げられる。炭化水素基が有していてもよい置換基として、例えば、ハロゲン原子、オキソ基、ヒドロキシル基、置換オキシ基（例えば、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシルオキシ基など）、カルボキシル基、置換オキシカルボニル基、置換又は無置換カルバモイル基、シアノ基、ニトロ基、置換又は無置換アミノ基、アルキル基（例えば、メチル、エチル基などのＣ1-4アルキル基など）、シクロアルキル基、アリール基（例えば、フェニル、ナフチル基など）、複素環基などが例示できる。好ましい炭化水素基には、炭素数１〜３０程度のアルキル基、炭素数６〜１４程度の芳香族炭化水素基（特に、フェニル基又はナフチル基）などが含まれる。前記置換オキシ基には、アルコキシ基、アリールオキシ基、アラルキルオキシ基などが含まれる。
【００３５】
前記有機塩の代表的な例として、有機アンモニウム塩、有機ホスホニウム塩、有機スルホニウム塩などの有機オニウム塩が挙げられる。有機アンモニウム塩の具体例としては、テトラメチルアンモニウムクロリド、テトラエチルアンモニウムクロリド、テトラブチルアンモニウムクロリド、テトラヘキシルアンモニウムクロリド、トリオクチルメチルアンモニウムクロリド、トリエチルフェニルアンモニウムクロリド、トリブチル（ヘキサデシル）アンモニウムクロリド、ジ（オクタデシル）ジメチルアンモニウムクロリドなどの第４級アンモニウムクロリド、及び対応する第４級アンモニウムブロミドなどの、窒素原子に４つの炭化水素基が結合した第４級アンモニウム塩；ジメチルピペリジニウムクロリド、ヘキサデシルピリジニウムクロリド、メチルキノリニウムクロリドなどの環状第４級アンモニウム塩などが挙げられる。また、有機ホスホニウム塩の具体例としては、テトラメチルホスホニウムクロリド、テトラブチルホスホニウムクロリド、トリブチル（ヘキサデシル）ホスホニウムクロリド、トリエチルフェニルホスホニウムクロリドなどの第４級ホスホニウムクロリド、及び対応する第４級ホスホニウムブロミドなどの、リン原子に４つの炭化水素基が結合した第４級ホスホニウム塩などが挙げられる。有機スルホニウム塩の具体例としては、トリエチルスルホニウムイオジド、エチルジフェニルスルホニウムイオジドなどの、イオウ原子に３つの炭化水素基が結合したスルホニウム塩などが挙げられる。
また、前記有機塩には、メタンスルホン酸塩、エタンスルホン酸塩、オクタンスルホン酸塩、ドデカンスルホン酸塩などのアルキルスルホン酸塩（例えば、Ｃ6-18アルキルスルホン酸塩）；ベンゼンスルホン酸塩、ｐ−トルエンスルホン酸塩、ナフタレンスルホン酸塩、デシルベンゼンスルホン酸塩、ドデシルベンゼンスルホン酸塩などのアルキル基で置換されていてもよいアリールスルホン酸塩（例えば、Ｃ6-18アルキル−アリールスルホン酸塩）；スルホン酸型イオン交換樹脂（イオン交換体）；ホスホン酸型イオン交換樹脂（イオン交換体）なども含まれる。
前記有機塩の使用量は、例えば、前記イミド化合物１モルに対して、０．００１〜０．１モル程度、好ましくは０．００５〜０．０８モル程度である。
【００３６】
本発明では、前記イミド化合物とともに強酸を用いることもできる。前記イミド化合物と強酸を併用すると、酸素原子含有ガスとして酸素を用いることにより、プラスチック成形品を構成するポリマーのメチレン炭素原子（第２級炭素原子）などにオキソ基を効率よく導入することができる。
【００３７】
前記強酸には、例えばｐＫａ２以下（２５℃）の化合物が含まれる。強酸のｐＫａは、好ましくは−１５〜２程度、さらに好ましくは−１０〜０程度である。強酸としては、例えば、ハロゲン化水素（フッ化水素、塩化水素、臭化水素、ヨウ化水素）、ハロゲン化水素酸（フッ化水素酸、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸）、オキソ酸（硫酸、硝酸、リン酸、クロム酸などの金属酸、塩素酸などのハロゲン酸など）、超強酸（ＣｌＳＯ3Ｈ、Ｈ2ＳＯ4−ＳＯ3、ＦＳＯ3Ｈ、ＦＳＯ3Ｈ−ＳＯ3 、ＦＳＯ3Ｈ−ＳｂＦ5、ＨＦ−ＳｂＦ5など）、ヘテロポリ酸（ケイモリブデン酸、ケイタングステン酸、リンモリブデン酸、リンタングステン酸、リンバナドモリブデン酸、リンバナドタングステン酸など）、スルホン酸類（メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸など）等が挙げられる。好ましい強酸には、無機酸、例えば、ハロゲン化水素、ハロゲン化水素酸、硫酸、ヘテロポリ酸などが含まれる。強酸は単独で又は２種以上混合して使用できる。強酸の使用量は、前記イミド化合物１モルに対して、例えば０．００１〜３モル程度、好ましくは０．１〜１モル程度である。
【００３８】
また、本発明の方法では、系内に、ラジカル発生剤やラジカル反応促進剤を存在させてもよい。このような成分として、例えば、ハロゲン（塩素、臭素など）、過酸（過酢酸、ｍ−クロロ過安息香酸など）、過酸化物（過酸化水素、ｔ−ブチルヒドロペルオキシド（ＴＢＨＰ）等のヒドロペルオキシドなど）などが挙げられる。これらの成分を系内に存在させると、反応が促進される場合がある。前記成分の使用量は、前記イミド化合物１モルに対して、例えば０．００１〜０．１モル程度である。
【００３９】
さらに、本発明では、反応系内に共反応剤（前記イミド化合物の存在下で酸素原子含有ガスと反応可能な化合物；特開平８−３８９０９号公報、特開平９−３２７６２６号公報など参照）を共存させてもよい。反応系内に前記共反応剤を共存させると、該共反応剤がラジカル発生剤的な機能を果たすためか、反応が促進され、プラスチック成形品表面が短時間内に親水性化される場合が多い。
【００４０】
このような共反応剤として、例えば、（ａ）第１級又は第２級アルコール、（ｂ）不飽和結合に隣接する部位に炭素−水素結合を有する化合物、（ｃ）メチン炭素原子を有する化合物、（ｄ）シクロアルカン類、（ｅ）ヘテロ原子の隣接位に炭素−水素結合を有する非芳香族性複素環化合物、（ｆ）共役化合物、（ｇ）芳香族炭化水素、（ｈ）チオール類、（ｉ）エーテル類、（ｊ）スルフィド類、（ｋ）アルデヒド若しくはチオアルデヒド類、及び（ｌ）アミン類から選択された少なくとも１種の化合物を使用できる。これらの化合物は、種々の置換基、例えば、ハロゲン原子、オキソ基、ヒドロキシル基、メルカプト基、置換オキシ基（例えば、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシルオキシ基など）、置換チオ基、カルボキシル基、置換オキシカルボニル基、置換又は無置換カルバモイル基、シアノ基、ニトロ基、置換又は無置換アミノ基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、アリール基（例えば、フェニル、ナフチル基など）、アラルキル基、複素環基などを有していてもよい。
【００４１】
（ａ）第１級又は第２級アルコール
第１級又は第２級アルコール（ａ）には、広範囲のアルコールが含まれる。アルコールは、１価、２価又は多価アルコールの何れであってもよい。第１級アルコールとしては、メタノール、エタノール、１−プロパノール、１−ブタノール、１−デカノール、エチレングリコールなどの飽和又は不飽和脂肪族第１級アルコール；シクロペンチルメチルアルコール、シクロヘキシルメチルアルコールなどの飽和又は不飽和脂環式第１級アルコール；ベンジルアルコール、２−フェニルエチルアルコールなどの芳香族第１級アルコール；２−ヒドロキシメチルピリジンなどの複素環式アルコールが挙げられる。第２級アルコールとしては、２−プロパノール、ｓ−ブチルアルコールなどの飽和又は不飽和脂肪族第２級アルコール；シクロペンタノール、シクロヘキサノールなどの飽和又は不飽和脂環式第２級アルコール；１−フェニルエタノール、１−フェニルプロパノール、１−フェニルメチルエタノール、ジフェニルメタノールなどの芳香族第２級アルコール；１−（２−ピリジル）エタノールなどの複素環式第２級アルコールなどが含まれる。好ましい第１級又は第２級アルコール（ａ）には、第２級アルコール（例えば、ｓ−ブチルアルコールなどの脂肪族第２級アルコール、シクロヘキサノールなどの脂環式第２級アルコール、１−フェニルエタノールなどの芳香族第２級アルコール）が含まれる。前記アルコール（ａ）は単独で又は２種以上を混合して使用できる。
【００４２】
（ｂ）不飽和結合に隣接する部位に炭素−水素結合を有する化合物
不飽和結合に隣接する部位に炭素−水素結合を有する化合物（ｂ）としては、（b1）芳香族性環の隣接位（いわゆるベンジル位）にメチル基又はメチレン基を有する芳香族性化合物、（b2）不飽和結合（例えば、炭素−炭素三重結合、炭素−酸素二重結合など）の隣接位にメチル基又はメチレン基を有する非芳香族性化合物などが挙げられる。前記芳香族性化合物（b1）において、芳香族性環は、芳香族炭化水素環、芳香族性複素環の何れであってもよい。なお、芳香族性環の隣接位のメチレン基は、前記芳香族性環に縮合した非芳香族性環を構成するメチレン基であってもよい。芳香族性環の隣接位にメチル基を有する芳香族化合物としては、例えば、芳香環に１〜６個程度のメチル基が置換した芳香族炭化水素類（例えば、トルエン、キシレン、メチルナフタレンなど）、複素環に１〜６個程度のメチル基が置換した複素環化合物（例えば、４−メチルピリジンなど）などが例示できる。芳香族性環の隣接位にメチレン基を有する芳香族化合物としては、例えば、炭素数２以上のアルキル基又は置換アルキル基を有する芳香族炭化水素類（例えば、エチルベンゼン、プロピルベンゼン、ジフェニルメタンなど）、炭素数２以上のアルキル基又は置換アルキル基を有する芳香族性複素環化合物（例えば、４−エチルピリジンなど）、芳香族性環に非芳香族性環が縮合した化合物であって、該非芳香族性環のうち芳香族性環に隣接する部位にメチレン基を有する化合物（ジヒドロナフタレン、インデン、インダン、テトラリン、フルオレン、アセナフテン、フェナレン、キサンテン等）などが例示できる。
【００４３】
不飽和結合の隣接位にメチル基又はメチレン基を有する非芳香族性化合物（b2）には、例えば、（b2-1）炭素−炭素三重結合の隣接位にメチル基又はメチレン基を有する鎖状不飽和炭化水素類、（b2-2）カルボニル基の隣接位にメチル基又はメチレン基を有する化合物が例示できる。前記鎖状不飽和炭化水素類（b2-1）としては、例えば、メチルアセチレンなどの炭素数３〜２０程度のアルキン類が例示できる。前記化合物（b2-2）には、ケトン類（例えば、アセトン、メチルエチルケトン、３−ペンタノン、アセトフェノンなどの鎖状ケトン類；シクロヘキサノンなどの環状ケトン類）、カルボン酸又はその誘導体（例えば、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、及びこれらのエステルなど）などが含まれる。
【００４４】
（ｃ）メチン炭素原子を有する化合物
メチン炭素原子（又は第３級炭素原子）を有する化合物（ｃ）には、（c1）環の構成単位としてメチン基（すなわち、メチン炭素−水素結合）を含む環状化合物、（c2）メチン炭素原子を有する鎖状化合物が含まれる。環状化合物（c1）には、（c1-1）少なくとも１つのメチン基を有する橋かけ環式化合物、（c1-2）環に炭化水素基が結合した非芳香族性環状化合物（脂環式炭化水素など）などが含まれる。なお、前記橋かけ環式化合物には、２つの環が２個の炭素原子を共有している化合物、例えば、縮合多環式芳香族炭化水素類の水素添加生成物なども含まれる。
【００４５】
橋かけ環式化合物（c1-1）としては、例えば、デカリン、ビシクロ［２．２．２］オクタン、ピナン、ピネン、ボルナン、ノルボルナン、ノルボルネン、カンファー、エンドトリシクロ［５．２．１．０2,6］デカン、アダマンタン、１−アダマンタノール、ペルヒドロアントラセンなどの２〜４環式の橋かけ環式炭化水素又は橋かけ複素環化合物及びそれらの誘導体などが挙げられる。これらの橋かけ環式化合物は、橋頭位（２環が２個の原子を共有している場合には接合部位に相当）にメチン炭素原子を有する。環に炭化水素基が結合した非芳香族性環状化合物（c1-2）としては、１−メチルシクロペンタン、１−メチルシクロヘキサンなどの炭化水素基（例えば、アルキル基など）が環に結合した脂環式炭化水素及びその誘導体等が挙げられる。環に炭化水素基が結合した非芳香族性環状化合物（b1-2）は、環と前記炭化水素基との結合部位にメチン炭素原子を有する。
メチン炭素原子を有する鎖状化合物（c2）としては、第３級炭素原子を有する鎖状炭化水素類、例えば、イソブタン、イソペンタン、イソヘキサン、３−メチルペンタンなどの脂肪族炭化水素類およびその誘導体などが例示できる。
【００４６】
（ｄ）シクロアルカン類
シクロアルカン類（ｄ）としては、例えば、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロドデカン、シクロテトラデカン、及びこれらの誘導体などが例示できる。
【００４７】
（ｅ）ヘテロ原子の隣接位に炭素−水素結合を有する非芳香族性複素環化合物ヘテロ原子の隣接位に炭素−水素結合を有する非芳香族性複素環化合物（ｅ）における非芳香族性複素環には、窒素原子、酸素原子及びイオウ原子から選択された少なくとも１種のヘテロ原子を有する複素環などが含まれる。前記複素環には、ベンゼン環、シクロヘキサン環、ピリジン環などの芳香族性又は非芳香族性の環が１又は２以上縮合していてもよい。前記複素環としては、例えば、ジヒドロフラン、テトラヒドロフラン、ピラン、ジヒドロピラン、テトラヒドロピラン、ピロリジン、ピペリジン、ピペラジン、モルホリン、インドリン、クロマン、イソクロマンなどが例示される。
【００４８】
（ｆ）共役化合物
共役化合物（ｆ）には、共役ジエン類（f1）、α，β−不飽和ニトリル（f2）、α，β−不飽和カルボン酸又はその誘導体（例えば、エステル、アミド、酸無水物等）（f3）などが挙げられる。共役ジエン類（f1）としては、例えば、ブタジエン、イソプレンなどが挙げられる。なお、共役ジエン類（f1）には、二重結合と三重結合とが共役している化合物、例えば、ビニルアセチレンなども含めるものとする。α，β−不飽和ニトリル（f2）としては、例えば、（メタ）アクリロニトリルなどが挙げられる。α，β−不飽和カルボン酸又はその誘導体（f3）としては、（メタ）アクリル酸；（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチルなどの（メタ）アクリル酸エステル；（メタ）アクリルアミド又はその誘導体などが挙げられる。
【００４９】
（ｇ）芳香族炭化水素
芳香族炭化水素（ｇ）としては、ベンゼン、ナフタレン、アセナフチレン、フェナントレン、アントラセン、ナフタセンなどの、少なくともベンゼン環を１つ有する芳香族化合物、好ましくは少なくともベンゼン環が複数個（例えば、２〜１０個）縮合している縮合多環式芳香族化合物などが挙げられる。これらの芳香族炭化水素は、１又は２以上の置換基を有していてもよい。置換基を有する芳香族炭化水素の具体例として、例えば、２−クロロナフタレン、２−メトキシナフタレン、１−メチルナフタレン、２−メチルナフタレン、２−メチルアントラセン、２−ｔ−ブチルアントラセン、２−カルボキシアントラセン、２−エトキシカルボニルアントラセン、２−シアノアントラセン、２−ニトロアントラセン、２−メチルペンタレンなどが挙げられる。また、前記ベンゼン環には、非芳香族性炭素環、芳香族性複素環、又は非芳香族性複素環が縮合していてもよい。
【００５０】
（ｈ）チオール類
チオール類（ｈ）としては、メタンチオール、エタンチオールなどの脂肪族チオール；シクロペンタンチオールなどの脂環式チオール；フェニルメタンチオールなどの芳香族チオールなどが挙げられる。
【００５１】
（ｉ）エーテル類
エーテル類（ｉ）としては、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテルなどの脂肪族エーテル類；アニソール、ジベンジルエーテル等の芳香族エーテルなどが挙げられる。
【００５２】
（ｊ）スルフィド類
スルフィド類（ｊ）としては、ジエチルスルフィド、ジプロピルスルフィドなどの脂肪族スルフィド類；メチルフェニルスルフィド、エチルフェニルスルフィドなどの芳香族スルフィド類などが挙げられる。
【００５３】
（ｋ）アルデヒド若しくはチオアルデヒド類
アルデヒド類としては、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ヘキサナール、デカナール、スクシンアルデヒド、グルタルアルデヒド、アジピンアルデヒドなどの脂肪族アルデヒド；ホルミルシクロヘキサンなどの脂環式アルデヒド；ベンズアルデヒド、ニトロベンズアルデヒド、シンナムアルデヒド、サリチルアルデヒド、アニスアルデヒド、フタルアルデヒド、イソフタルアルデヒド、テレフタルアルデヒドなどの芳香族アルデヒド；フルフラール、ニコチンアルデヒドなどの複素環アルデヒドなどが挙げられる。チオアルデヒド類としては、前記アルデヒド類に対応するチオアルデヒド類が挙げられる。
【００５４】
（ｌ）アミン類
アミン類（ｌ）としては、第１級または第２級アミン、例えば、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、エチレンジアミン、ヒドロキシルアミン、エタノールアミンなどの脂肪族アミン；シクロヘキシルアミンなどの脂環式アミン；ベンジルアミン、トルイジンなどの芳香族アミンなどが例示される。
【００５５】
これらの共反応剤の中でも、（ａ）第１級又は第２級アルコール、（ｂ）不飽和結合に隣接する部位に炭素−水素結合を有する化合物、（ｃ）メチン炭素原子を有する化合物、（ｄ）シクロアルカン類などが好ましく、特に、第２級アルコール、及び（b1）芳香族性環の隣接位（いわゆるベンジル位）にメチル基又はメチレン基を有する芳香族化合物（例えば、トルエンやエチルベンゼンなどのように芳香環の隣接位にメチル基又はメチレン基を有する芳香族炭化水素類；フルオレンやテトラリンなどのように、芳香族性環に非芳香族性環が縮合した化合物であって、該非芳香族性環のうち芳香族性環に隣接する部位にメチレン基を有する化合物など）、アダマンタンなどのメチン炭素原子を有する橋かけ環式化合物などが好ましい。
【００５６】
前記共反応剤は単独で又は２種以上混合して使用できる。共反応剤の使用量は、広い範囲で選択でき、例えば、プラスチック成形品を処理する際に用いる処理液中の濃度として、０．００１〜１０ｍｏｌ／ｌ、好ましくは０．０１〜５ｍｏｌ／ｌ（特に、０．１〜３ｍｏｌ／ｌ）程度である。前記共反応剤を反応溶媒として用いることもできる。
【００５７】
本発明では、また、系内に１，２−ジカルボニル化合物又はそのヒドロキシ還元体を存在させてもよい。１，２−ジカルボニル化合物又はそのヒドロキシ還元体を系内に存在させ、且つ酸素含有ガスとして酸素を用いると、プラスチック成形品表面のポリマー分子を構成する炭素原子（特に、メチン炭素原子）にアシル基が導入され、プラスチック成形品表面が親水性化される。
【００５８】
前記１，２−ジカルボニル化合物又はそのヒドロキシ還元体には、下記式（４）で表される化合物が含まれる。
【化６】
【００５９】
Ｒa、Ｒbにおける炭化水素基には、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、ｓ−ブチル、ｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチル、デシル、テトラデシル、ヘキサデシル、オクタデシル、アリル基などの炭素数１〜２０（好ましくは１〜１０、特に１〜６）程度の直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基（アルキル基、アルケニル基及びアルキニル基）；シクロペンチル、シクロヘキシル基などの炭素数３〜８程度の脂環式炭化水素基（シクロアルキル基及びシクロアルケニル基）；フェニル、ナフチル基などの炭素数６〜１４程度の芳香族炭化水素基（アリール基）が含まれる。
【００６０】
前記複素環基における複素環としては、例えば、テトラヒドロフラン、ピロリジン、ピペリジン、ピペラジン、モルホリン、インドリン、フラン、オキサゾール、チオフェン、ピロール、ピラゾール、イミダゾール、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、インドール、キノリンなどの窒素原子、酸素原子及びイオウ原子から選択された少なくとも１種のヘテロ原子を１〜３個程度含む３〜１５員（好ましくは５〜１２員、さらに好ましくは５又は６員）程度の複素環（縮合環を含む）などが含まれる。
【００６１】
前記炭化水素基及び複素環基は、種々の置換基、例えば、ハロゲン原子、オキソ基、ヒドロキシル基、置換オキシ基（例えば、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシルオキシ基など）、カルボキシル基、置換オキシカルボニル基、置換又は無置換カルバモイル基、シアノ基、ニトロ基、置換又は無置換アミノ基、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基（例えば、フェニル、ナフチル基など）、複素環基などを有していてもよい。ＲaとＲbは同一の基である場合が多い。
【００６２】
Ｒa及びＲbが互いに結合して隣接する２つの炭素原子と共に形成する環としては、シクロペンタン環、シクロヘキサン環などの３〜１５員（好ましくは５〜６員）程度のシクロアルカン環が挙げられる。前記環は、例えば上記のような置換基を有していてもよい。
Ｚ1及びＺ2は、酸素原子又はヒドロキシル基を示し、炭素原子とＺ1、Ｚ2との結合は単結合又は二重結合である。
【００６３】
式（４）で表される化合物のうち、好ましい化合物には、下記式（4a）で表される化合物が含まれる。
【化７】
特に好ましいＲa1及びＲb1は、メチル基又はエチル基、特にメチル基である。Ｒa1及びＲb1は同一の基である場合が多い。
【００６４】
前記１，２−ジカルボニル化合物の好ましい具体例として、ビアセチル（２，３−ブタンジオン）、２，３−ペンタンジオン、３，４−ヘキサンジオン、ビベンゾイル（ベンジル）、アセチルベンゾイル、シクロペンタン−１，２−ジオン、シクロヘキサン−１，２−ジオンなどのα−ジケトン類が挙げられる。なかでも、ビアセチルなどが好ましい。前記１，２−ジカルボニル化合物のヒドロキシ還元体の好ましい例としては、アセトイン、ベンゾインなどのα−ケトアルコール類；２，３−ブタンジオール、２，３−ペンタンジオールなどのビシナルジオール類が含まれる。なかでも、アセトイン、２，３−ブタンジオールなどが好ましい。
【００６５】
前記１，２−ジカルボニル化合物又はそのヒドロキシ還元体の使用量は、例えば、前記イミド化合物１モルに対して、２〜１０００モル程度、好ましくは５〜５００モル程度である。なお、１，２−ジカルボニル化合物又はそのヒドロキシ還元体を用いる場合、前記イミド化合物の代わりに、又は、前記イミド化合物と共に前記金属化合物を用いてもよい。
【００６６】
本発明において、酸素原子含有ガス（以下、「反応ガス」と称する場合がある）には、例えば、酸素、一酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物などが含まれる。これらのガスは、単独で又は２種以上組み合わせて使用できる。
【００６７】
酸素は、分子状酸素、活性酸素の何れであってもよい。分子状酸素は、特に制限されず、純粋な酸素を用いてもよく、窒素、ヘリウム、アルゴン、二酸化炭素などの不活性ガスで希釈した酸素や空気を使用してもよい。酸素として分子状酸素を用いる場合が多い。
【００６８】
窒素酸化物としては、例えば、Ｎ2Ｏ3、Ｎ2Ｏ、ＮＯ、ＮＯ2などが挙げられる。これら（例えば、Ｎ2Ｏ、ＮＯ、ＮＯ2など）は酸素と共に用いることができる。また、硫黄酸化物としては、ＳＯ2、ＳＯ3などが例示できる。これら（例えば、ＳＯ2など）は酸素と共に用いることができる。
【００６９】
反応ガスとして酸素を用いる場合には、プラスチック成形品表面のポリマー分子の第１級炭素原子（例えば、ベンジル位又はアリル位のメチル炭素原子）、第２級炭素原子（例えば、ベンジル位又はアリル位のメチレン炭素原子、非芳香族性炭素環を形成するメチレン炭素原子など）又は第３級炭素原子（分岐状アルキル基又はアルキレン基におけるメチン炭素原子、多環式基の接合位や橋頭位のメチン炭素原子など）にヒドロキシル基、オキソ基又はカルボキシル基が導入される。
【００７０】
反応ガスとして一酸化炭素と酸素とを用いると、プラスチック成形品表面のポリマー分子を構成する炭素原子にカルボキシル基を導入できる。この場合、一酸化炭素と酸素の割合は、一酸化炭素／酸素（モル比）＝１／９９〜９９／１、好ましくは１０／９０〜９９／１程度である。
【００７１】
また、反応ガスとして酸素を用い、且つ反応系内に前記１，２−ジカルボニル化合物又はそのヒドロキシ還元体を存在させると、前記のように、プラスチック成形品表面のポリマー分子を構成する炭素原子（特に、メチン炭素原子）にアシル基［式（４）で表される化合物を用いる場合には、ＲaＣ（＝Ｏ）−又はＲbＣ（＝Ｏ）−］が導入される。
【００７２】
反応ガスとして窒素酸化物（又は、窒素酸化物と酸素）を用いると、プラスチック成形品表面のポリマー分子を構成する炭素原子にニトロ基が導入される。また、反応ガスとして硫黄酸化物（又は、硫黄酸化物と酸素）を用いた場合には、プラスチック成形品表面のポリマー分子を構成する炭素原子に、ＳＯ3Ｈ基、ＳＯ2Ｈ基などが導入される。
反応ガスの使用量は、反応速度、所望する親水性基導入量、操作性などを考慮して適宜選択できる。
【００７３】
プラスチック成形品の処理は、通常、該成形品を前記イミド化合物を含む溶媒中に浸漬し、反応ガスを前記溶媒中に導入することにより行われる。反応ガスは液化して導入することも可能である。
【００７４】
溶媒としては、例えば、酢酸、プロピオン酸などの有機酸；アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル類；ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルアセトアミドなどのアミド類；ｔ−ブタノール、ｔ−アミルアルコールなどのアルコール類；ヘキサン、オクタンなどの脂肪族炭化水素；ベンゼンなどの芳香族炭化水素；クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、四塩化炭素、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリフルオロメチルベンゼンなどのハロゲン化炭化水素；ニトロベンゼン、ニトロメタン、ニトロエタンなどのニトロ化合物；酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル類；ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテルなどのエーテル類；及びこれらの混合溶媒などが挙げられる。溶媒中に水を適量添加してもよい。
【００７５】
溶媒はプラスチック成形品を構成するポリマーの種類などにより適宜選択できる。溶媒としては、成形品の表面形状を変化させないため、該ポリマーに対して親和性を有するが該ポリマーを溶解しないものを用いるのが好ましい。溶媒として、酢酸などの有機酸、ベンゾニトリルなどのニトリル類、トリフルオロメチルベンゼンなどのハロゲン化炭化水素等を用いる場合が多い。
【００７６】
処理温度は、プラスチック成形品を構成するポリマーの種類や反応ガスの種類などに応じて適当に選択できる。例えば、反応ガスとして酸素を用いて成形品ポリマーの炭素原子にヒドロキシル基やオキソ基などを導入する場合には、処理温度は０〜３００℃程度、好ましくは３０〜２５０℃程度（例えば、４０〜１５０℃程度）である。また、反応ガスとして一酸化炭素と酸素とを用い、成形品ポリマーの炭素原子にカルボキシル基を導入する場合の処理温度は、例えば０〜２００℃程度、好ましくは１０〜１５０℃程度である。さらに、反応ガスとして窒素酸化物又は硫黄酸化物を用いる場合の処理温度は、例えば０〜１５０℃程度、好ましくは１０〜１２５℃程度である。前記処理は、常圧又は加圧下で行うことができ、加圧下で行う場合には、通常、１〜１００ａｔｍ（例えば、１．５〜８０ａｔｍ）、好ましくは２〜７０ａｔｍ程度である。処理時間は、処理温度及び処理圧力に応じて、例えば、３０分〜４８時間程度の範囲から適当に選択できる。処理温度や処理時間などの反応条件を調整することにより、プラスチック成形品表面の親水性の度合いをコントロールすることができる。
前記処理は、反応ガスの存在下又は反応ガスの流通下、回分式、半回分式、連続式などの慣用の方法により行うことができる。
【００７７】
上記処理により、プラスチック成形品の表面ポリマーを構成する炭素原子にヒドロキシル基などの親水性基が導入され、成形品表面に親水性が付与される。こうして表面改質されたプラスチック成形品は、光学用レンズ、光ディスク等の光学用材料などとして有用である。
【００７８】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、酸素原子含有ガスと特定構造を有するイミド化合物の触媒作用とにより、プラスチック成形品の表面ポリマーを構成する炭素原子にのみヒドロキシル基等の親水性基を導入できる。このため、成形品の大部分を占める内部ポリマーの疎水性はそのまま保持され、成形品全体の吸湿率は表面改質前とほとんど変わらず、吸湿による屈折率や寸法の変化を小さく抑えることができる。その一方、成形品の表面は親水性が向上しているため、各種コーティング剤（コーティング被膜）との密着性、接着性が増大するとともに、成形品表面の帯電防止性も期待できる。また、本発明の方法は、第１級〜第３級炭素原子を有する広範なポリマー成形品に適用でき、しかも、その表面に処理液が接触しさえすれば成形品の形状は問われないため、汎用性に著しく優れる。さらに、反応条件（例えば、温度、時間など）を調整することにより、成形品表面の親水性の程度をコントロールすることができる。
本発明の表面改質プラスチック成形品は、上記方法により得られるため、光学的及び寸法的安定性に優れ、しかもコーティング被膜との密着性、接着性及び帯電防止性に優れる。
【００７９】
【実施例】
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
【００８０】
実施例１
ポリプロピレン［ＦＬ１００、グランドポリマ（株）製］を熱プレスし、所定の大きさにカットしたポリプロピレンシート（１０ｍｍ×３０ｍｍ×厚み１．０ｍｍ）を界面活性剤水溶液及びメタノールにて順次洗浄した後、Ｎ−ヒドロキシフタルイミド５ミリモル、コバルトアセチルアセトナト（II）０．０５ミリモル、及び酢酸３０ｍｌの混合液中に浸漬し、酸素雰囲気下（１ａｔｍ）、７５℃で４時間静置して、酸化処理した。
上記処理前と処理後のポリプロピレンシートについて、下記方法により水の接触角及び吸水率を測定した。その結果を表１に示す。
（水の接触角）
試料の表面に０．００６ｃｃの純水を滴下し、自動接触角計［ＣＡ−Ｚ型、協和界面科学（株）製］で水滴の接触角（ｄｅｇ）を測定した。
（吸水率）
試料を２５℃の純水に浸し、２４時間後の重量増加量の乾燥重量に対する比を求め、吸水率（％）とした。
【００８１】
実施例２
ポリプロピレンシートに代えて、ポリスチレン［３１Ｎ、ダイセル化学工業（株）製］を熱プレスし、所定の大きさにカットしたポリスチレンシート（１０ｍｍ×３０ｍｍ×厚み１．０ｍｍ）を用いた以外は、実施例１と同様の操作を行った。そして、処理前及び酸化処理後のシートにつき、実施例１と同様にして水の接触角及び吸水率を測定した。その結果を表１に示す。
【００８２】
実施例３
ポリプロピレンシートに代えて、低密度ポリエチレン［Ｇ１０９、住友化学工業（株）製］を熱プレスし、所定の大きさにカットした低密度ポリエチレンシート（１０ｍｍ×３０ｍｍ×厚み１．０ｍｍ）を用いた以外は、実施例１と同様の操作を行った。そして、処理前及び酸化処理後のシートにつき、実施例１と同様にして水の接触角及び吸水率を測定した。その結果を表１に示す。
【００８３】
実施例４
ポリプロピレンシートに代えて、メタロセン系ポリエチレン［ユメリット１５２０Ｆ、宇部興産（株）製］を熱プレスし、所定の大きさにカットしたメタロセン系ポリエチレンシート（１０ｍｍ×３０ｍｍ×厚み１．０ｍｍ）を用いた以外は、実施例１と同様の操作を行った。そして、処理前及び酸化処理後のシートにつき、実施例１と同様にして水の接触角及び吸水率を測定した。その結果を表１に示す。
【００８４】
実施例５
ポリプロピレンシートに代えて、シクロペンタジエン系ポリマー［ゼオネックス４５０、日本ゼオン（株）製］を熱プレスし、所定の大きさにカットしたシクロペンタジエン系ポリマーシート（１０ｍｍ×３０ｍｍ×厚み１．０ｍｍ）を用いた以外は、実施例１と同様の操作を行った。そして、処理前及び酸化処理後のシートにつき、実施例１と同様にして水の接触角及び吸水率を測定した。その結果を表１に示す。
【００８５】
実施例６
ポリプロピレン［ＦＬ１００、グランドポリマ（株）製］を熱プレスし、所定の大きさにカットしたポリプロピレンシート（１０ｍｍ×３０ｍｍ×厚み１．０ｍｍ）を界面活性剤水溶液及びメタノールにて順次洗浄した後、Ｎ−ヒドロキシフタルイミド５ミリモル、コバルトアセチルアセトナト（II）０．０５ミリモル、アダマンタン３０ミリモル、及び酢酸３０ｍｌの混合液中に浸漬し、酸素雰囲気下（１ａｔｍ）、７５℃で１時間静置して、酸化処理した。
上記処理前と処理後のポリプロピレンシートにつき、実施例１と同様にして水の接触角及び吸水率を測定した。その結果を表１に示す。
【００８６】
【表１】
Claims (3)
- プラスチック成形品を、下記式（１）
- 酸素原子含有ガスが、酸素、一酸化炭素、窒素酸化物及び硫黄酸化物から選択された少なくとも１種である請求項１記載のプラスチック成形品の表面改質方法。
- プラスチック成形品を請求項１又は２記載の方法により処理して得られる表面改質プラスチック成形品。
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