JP7320182B2 - 酸化防止剤及びこれを含有する樹脂組成物 - Google Patents
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かかる欠点は、酸化防止剤、光安定剤、消光剤などの添加剤を添加することにより、一般に対処されている。
また、オレフィン系樹脂等の酸化劣化しやすい熱可塑性樹脂に対して、耐熱性を向上することができる新規なヒンダードフェノール系酸化防止剤の提案もある(WO2016/021315:特許文献5)。
また、食品包装用フィルムや他の包装用フィルムについては、外観が重視されることから、酸化劣化、更に包装物の熱処理後による黄変などが問題視されるようになってきた。
Hoyの式により算出されるSP値とは、下記式で算出されるδtである。
極性基としては、水酸基(-OH)、カルボキシル基(-COOH)、スルホニル基(-SO2)、スルホ基(-SO3H)、アミノ基(-NH2)などが挙げられ、これらのうち、水酸基が好ましい。
好ましい多価アルコール含有原子団は、例えば、下記(2)式で示す多価アルコール縮合体の誘導体を含む原子団である。
得られたジアルコールを、ヒンダードフェノール単位としてのカルボン酸(カルボキシル基含有ヒンダードフェノール)とエステル化反応させ、ヒンダードフェノール単位含有原子団と多価アルコール含有原子団とを、エステル結合により結合させる。
得られたエステル結合体において、多価アルコールの水酸基保護基を脱離して元の水酸基に戻せばよい。
また、本発明の酸化防止剤は、融点が通常30~300℃であり、好ましくは50~250℃である。
したがって、本発明の酸化防止剤は、Hoyの式により算出されるSP値が11(cal/cm3)1/2以上という特徴も有する。
本発明の樹脂組成物は、上記本発明にかかる酸化防止剤を、ビニルアルコール系樹脂、ポリアミド、ポリ塩化ビニリデン、及びポリアクリロニトリルから選ばれる少なくとも1種、あるいはSP値が低い溶剤(例えばキシレン(SP値:9.04)など)には溶解せず、SP値が高い溶剤(例えば、水(SP値:23.47)/メタノール(SP値:14.52)の1:1混合溶媒など)には溶解する樹脂をベース樹脂として含有する樹脂組成物である。
ベース樹脂とは、組成物のマトリックスとなる樹脂であり、樹脂成分の60重量%以上、好ましくは70重量%以上、より好ましくは80重量%以上、特に好ましくは90重量%以上含有されている樹脂である。
かかる結合鎖としては特に限定されないが、アルキレン、アルケニレン、アルキニレン、フェニレン、ナフチレン等の炭化水素鎖(これらの炭化水素はフッ素、塩素、臭素等のハロゲン等で置換されていても良い)の他、-O-、-(CH2O)m-、-(OCH2)m-、-(CH2O)mCH2-等のエーテル結合部位を含む構造;-CO-、-COCO-、-CO(CH2)mCO-、-CO(C6H4)CO-等のカルボニル基を含む構造;-S-、-CS-、-SO-、-SO2-等の硫黄原子を含む構造;-NR-、-CONR-、-NRCO-、-CSNR-、-NRCS-、-NRNR-等の窒素原子を含む構造;-HPO4-等のリン原子を含む構造などのヘテロ原子を含む構造;-Si(OR)2-、-OSi(OR)2-、-OSi(OR)2O-等の珪素原子を含む構造;-Ti(OR)2-、-OTi(OR)2-、-OTi(OR)2O-等のチタン原子を含む構造;-Al(OR)-、-OAl(OR)-、-OAl(OR)O-等のアルミニウム原子を含む構造などの金属原子を含む構造等が挙げられる(Rは各々独立して任意の置換基であり、水素原子、アルキル基が好ましく、またmは自然数であり、通常1~30、好ましくは1~15、さらに好ましくは1~10である。)。その中でも製造時あるいは使用時の安定性の点でエーテル結合(-O-)、および炭素数1~10の炭化水素鎖が好ましく、さらにはエーテル結合(-O-)、炭素数1~6の炭化水素鎖であることが好ましい。
また、ケン化度は、通常80~100モル%であり、好ましくは85~100モル%、より好ましくは90~100モル%である。ケン化度は、樹脂中の残存酢酸エステル基の加水分解に要するアルカリ消費量から求めた量であり、JIS K6726に基づいて測定される。
樹脂成分の30重量%以下、好ましくは28重量%以下、より好ましくは25重量%以下であれば、SP値が高い溶剤(例えば、水(SP値:23.47)/メタノール(SP値:14.52)の1:1混合溶媒など)には溶解する樹脂に該当しない樹脂を含んでもよい。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン類;ポリスチレン;フッ素ゴム、ポリイソブチレン、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム等のゴム類;ポリ酢酸ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリメタクリル酸メチルなどが挙げられる。
本発明の樹脂組成物は、酸化防止剤として、本発明の酸化防止剤とともに、従来より用いられている酸化防止剤を併用してもよい。
併用可能な酸化防止剤としては、ラジカル捕捉型酸化防止剤に分類されるフェノール系酸化防止剤、芳香族アミン系酸化防止剤の他、硫黄系酸化防止剤、リン系酸化防止剤は、過酸化物分解作用を有する過酸化分解型酸化防止剤などが挙げられる。
本発明の酸化防止剤は、Hoyの式によるSP値が11以上であることから、SP値が低い溶剤には溶解せず、SP値が高い溶剤に溶解するベース樹脂との親和性が優れ、ベース樹脂で構成されるマトリックス中に微分散できると考えられる。特に加熱により、ベース樹脂が軟化するような条件であっても、微分散状態が維持されると考えられることから、加熱状態に曝されても、酸化劣化が抑制されていると考えられる。
本発明の酸化防止剤は、活性基当量あたりの熱による酸化劣化防止能が優れているので、2.1×10-3eq/樹脂kg程度でも、従来の酸化防止剤と同程度以上の酸化防止能を付与することができる。
(1)AO-1
本発明実施例にかかる、多価アルコール型ヒンダードフェノール系酸化防止剤を、図2に示す工程を経て合成した。
アルゴン雰囲気下、10Lの4つ口フラスコに、ジメチルホルムアミド(DMF:3.2L)を投じて、撹拌翼、メカニカルスターラーで撹拌しながら、ジペンタエリスリトール(400g、1.57モル)、ベンズアルデヒドジメチルアセタール(598.5g、3.93モル)をゆっくり添加した。p-トルエンスルホン酸(p-TsOH・H2O)29.9g(0.16モル)を加えた後、100℃となるまで加熱した。100℃で2時間、加熱撹拌した後、室温まで自然放冷した。
得られた反応液を10Lエバポレーターで濃縮し(水浴60℃)、831.4gの淡黄色オイル(粗体)を得た。当該粗体を、トルエン/酢酸エチル=1/1(2.0L)に溶解させた後、シリカゲルカラムクロマトグラフィを用いて精製した。
目的化合物を含有するフラクションを回収し、濃縮すると、白色固体が析出した。減圧濾過にて白色固体を得、ヘプタンでかけ洗いした後、50℃で減圧乾燥して、アルコール性水酸基保護体(白色固体、263.3g)を得た。
アルゴン雰囲気下、10Lの4つ口フラスコに、アセトン(2.0L)を投じて、撹拌翼、メカニカルスターラーで撹拌しながら、3-(3,5-ジ-tert-ブチル―4-ヒドロキシフェニル)プロピオン酸ステアリル(650g、1.22モル)をゆっくり添加した添加した後、アセトン(1.3L)で洗浄した。
水酸化ナトリウム水溶液を、上記溶液中にゆっくり添加し、55℃となるように加熱した。55℃にて9時間加熱撹拌して加水分解を行った。室温まで自然放冷した後、加水分解物を減圧濾過して、析出固体(淡黄色)を濾別した。当該固体をアセトン(3.3L)でかけ洗いした。
得られた希釈液に、濃塩酸を少量ずつ添加したところ、130ml添加したところで、酸性となり、析出物が多くなった。
この粗体(640.8g)を、クロロホルム(2.0L)に溶解させた後、シリカゲルクロマトグラフィ(展開溶媒:CHCl3/MeOH=30/1)で精製した。
目的化合物を含有するフラクションを濃縮し、減圧濾過にて白色固体をろ取した。ヘプタンでかけ洗いした後、50℃で、減圧乾燥を行った(収量306.7g)。
アルゴン雰囲気下、10Lの4つ口フラスコに、クロロホルム(2.0L)を投じて、撹拌翼、メカニカルスターラーで撹拌しながら、工程2で得られたカルボキシル基含有ヒンダードフェノール体(300g、0.92モル)と工程1で得られたアルコール性水酸基保護体(198.2g、0.46モル)をゆっくり添加し、反応させた。得られた反応液を、塩氷浴で、5℃以下にまで冷却し、5℃にてN,N′-ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)(285.1g、1.38モル)を2回に分けて添加した。
さらに、N,N′-ジメチル-4-アミノピリジン(DMAP)(16.9g、0.14モル)をゆっくり添加した。添加後には、混合液の温度は8.0℃まで上昇していた。発熱がおさまった後、氷浴からとりだし、室温下で12時間撹拌した。TLCで確認したところ、カルボキシル基含有ヒンダードフェノールが消失し、エステル結合による連結体が生成していることを確認できた。
濾液と洗浄液とを合一し、エバポレータで濃縮して596.5gの黄色オイル(粗体)を得た。粗体(596.5g)をクロロホルムに溶解し、シリカゲルクロマトグラフィ(展開溶媒:酢酸エチル/トルエン=1/30)で精製した。
目的化合物を含むフラクションを回収し、エバポレータで濃縮した後、50℃で12時間減圧乾燥し、エステル結合体を得た(白色固体、231.3g)。
アルゴン雰囲気下、3Lの4つ口フラスコに、酢酸エチル(1.2L)を投じて、撹拌翼、メカニカルスターラーで撹拌しながら、工程3で得られたエステル結合体(120g、0.12モル)をゆっくり添加した。エステル結合体は溶解し、無色透明の溶液が得られた。
Pd/C(12.0g、ASCA-2(含水)(エヌ・イー・ケムキャット社製)を反応液中へ添加した後、水素をバブリング(10ml/分)させながら、室温下で12時間撹拌した。反応液をサンプリングして、TLC上に添加したところ、保護基が脱離した、下記(5)式の構造を有する化合物の生成が確認できた。
さらに、クロロホルムで溶解し、ヘキサン中に投じて再沈殿させることにより、残存溶媒(ヘキサン)濃度が0.25重量%の白色固体を得た。かかる白色固体(多価アルコール連結型ヒンダードフェノール)の1H-NMR(300MHz、CDCl3)チャートを図3に示す。これをAO-1(分子量:774、融点:100~120℃)として用いた。
BASFジャパン製のIrganox1010を用いた。これは、([ペンタエリスリチル-テトラキス{3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート}](下記構造式参照)である。dD7.95、dP4.98、dH3.26であり、Hoyの式に基づくSP値は、9.93である。
ベース樹脂として、EVOH(エチレン含有率:29モル%、ケン化度:99.7%)を用いた。当該EVOHに対して、AO-1、AO-2、AO-3を、表1に示す割合で添加し、樹脂組成物No.1~4を調製した。
なお、参考例No.5として、酸化防止剤を含有しない組成物を用いた。
また、フィルムNo.2~5について、後述の評価方法に基づき、引張破断強度を測定評価した。結果をあわせて表2に示す。
成形装置:直径40mmの単軸押出機
スクリュー:フルフライト(圧縮比3.4)
ダイ:Tダイ
スクリュ回転数:40rpm
スクリーンメッシュ:90/120/90
ロール温度:80℃
温度:C1/C2/C3/C4/H/D=190/210/230/230/230/230℃
(1)耐熱老化性(YI値)
作成したフィルム(厚み100μm、10cm×10cm)について、空気雰囲気下でオーブンにて、140℃で24時間、48時間、96時間、放置した後、フィルムの黄色度(YI値)を、分光色差計(日本電飾工業株式会社製のSE6000)を用いて、分光反射率を測定した。YI値が高い程、黄変度が高いことを示す。
製造したフィルムから、短冊状フィルムサンプル(厚み100μm、1.5cm×15cm)を作成し、当該サンプルを、空気雰囲気下で、庫内温度140℃に設定したオーブン内に96時間、放置した。加熱後、フィルムを23℃、相対湿度50%条件下で1週間調湿し、引張り破断試験を行った。
引張り破断試験は、SHIMAZU製のオートグラフAGS-Xを用いて行った。引張条件は、チャック間距離50mm、引張速度50mm/minである。
保持率=(加熱試験後の破断伸び)/(加熱試験前の破断伸び)×100
組成物No.2~4は、いずれも添加した酸化防止剤の活性基当量が等しい。したがって、ラジカル捕捉能は等しいと考えられる。加熱前では、本発明の酸化防止剤(No.2)の顕著な優位性は認められなかったが、加熱時間が長くなるにしたがって、酸化防止剤を含有しない場合(No.5)、従来の酸化防止剤(No.3、4)と比べて、本発明の酸化防止剤(No.2)では、黄変度の上昇が優位に抑制されていた。
したがって、EVOH樹脂に対して、本発明の酸化防止剤は、優れた熱劣化防止効果を有することがわかる。
Claims (9)
- 前記αに含まれる極性基は、水酸基である請求項1に記載の酸化防止剤。
- 前記αは、複数の水酸基を含む原子団である請求項1又は2に記載の酸化防止剤。
- 前記複数の水酸基を含む原子団は、多価アルコール又はその縮合体を含有する原子団である請求項3に記載の酸化防止剤。
- 請求項1~7のいずれか1項に記載の酸化防止剤、並びにビニルアルコール系樹脂、ポリアミド、ポリ塩化ビニリデン、及びポリアクリロニトリルから選ばれる少なくとも1種を含有する樹脂組成物。
- 請求項1~7のいずれか1項に記載の酸化防止剤、及びキシレンには溶解しないが、水とメタノールの1:1(重量比)混合溶媒には溶解する熱可塑性樹脂を含有する樹脂組成物。
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