JPH06329922A - Pvc加工用熱安定剤/潤滑剤およびその製造法 - Google Patents

Pvc加工用熱安定剤/潤滑剤およびその製造法

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JPH06329922A
JPH06329922A JP6091250A JP9125094A JPH06329922A JP H06329922 A JPH06329922 A JP H06329922A JP 6091250 A JP6091250 A JP 6091250A JP 9125094 A JP9125094 A JP 9125094A JP H06329922 A JPH06329922 A JP H06329922A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 PVC加工用熱安定剤/潤滑剤およびその製
造法を提供する。 【構成】 本発明の亜鉛メルカプトエステルを製造する
方法は、酸化亜鉛、式、HS−[CHC(=O)OR]
x −(CH2 y −C(=O)OR](ここで、Rは1
〜20個の炭素原子を有する直鎖または分枝鎖の飽和ま
たは不飽和アルキル基であり、x=0または1であり、
y=1または2であり、およびy=1のときにはx=1
である)を有するメルカプトエステル、およびパラフィ
ンワックスの混合物を少なくともワックスの融点範囲に
等しい温度にまで加熱すること、および、形成された水
を除去すること、を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】ハロゲン含有ポリマー、特に塩素含有ポリ
マーは広く用いられ、高い商業的重要性を有する。ポリ
ビニルクロリド(PVC)は、特に包装、羽目(sidin
g) 、管および多くの押出形材に用いられる。ハロゲン
含有ポリマーのこのような大規模で種々の使用はその中
への良好な熱および光安定剤の混入による。PVCは、
例えば、加工および使用の間に熱および光に長時間さら
されるときに劣化する傾向があることが知られる。暗色
化または他の色相の変化並びに引張、曲げおよび衝撃強
度の損失はこのような劣化の結果である。ポリマー組成
物への添加のための良好で低コストの安定剤が入手可能
でなければ、この組成物から製造された製品の使用寿命
は限定され、その使用およびそれを製造するための条件
は酷く制約されるであろう。
【0002】ポリマー組成物がポリマーを溶融または柔
軟化させるために熱を用いる方法によって製品に加工さ
れるときに、1つの特に厄介な劣化の形態は起こる。色
相の変化は高温(例えば、約175〜約200℃)にお
いて最初の数分間で起こり、一般には初期変色(early
color or early discoloration) と呼ばれる。このよう
な初期変色を避けることはプラスティック管および羽目
の製造において極めて重要である。勿論、ピッチ状の研
磨材料へ突然の破局的な劣化を導き、加工装置内部でH
Clのような腐蝕性材料を形成するような高温に長時間
さらされる間のポリマーの変色および劣化を防ぐまたは
減じることも重要である。装置の内部の高度に磨かれた
表面は、このようにして本質的に使い物にならなくな
る。有機錫安定剤を亜鉛メルカプトエステルのような他
の有機金属化合物によって少なくとも一部分を置き換え
るような試みがなされている。有機錫化合物を有機酸の
アルカリ金属塩との組み合わせで[C8 17OC(=
O)CH2 S]2 Znのような亜鉛メルカプトエステル
により完全に置き換えることは日本国公開特許公報第75
89451号に教示されている。米国特許第4,515,916 号に
おいて、Moltは、亜鉛メルカプトエステル、塩基性無機
アルカリ金属またはアルカリ土類金属化合物、および、
任意に、置換ジヒドロピリジンを含む組成物がハロゲン
含有ポリマーのための安定剤として有用であることを教
示している。
【0003】本発明の目的は、亜鉛メルカプトエステル
の向上した製造法を提供することである。
【0004】本発明の目的は、貯蔵タンクへの、および
そこからの輸送が困難である非常に粘性の亜鉛メルカプ
トエステルを単離する必要をなくすことである。
【0005】本発明の関連する目的は、80℃において
非常に低い、水のような粘性を有する非揮発性の亜鉛メ
ルカプトエステル/ワックスマトリックスを提供するこ
とである。
【0006】本発明の目的は、ハロゲン含有ポリマー組
成物のための向上した熱安定剤を提供することである。
【0007】本発明の関連する目的は、新規の潤滑剤/
熱安定剤によって向上した押出し特性を有するPVC組
成物を提供することである。
【0008】次の説明で明らかになるこれらおよび他の
目的は新規の亜鉛メルカプトエステルの製造法によって
達成される。亜鉛メルカプトエステルを製造する新規の
方法は非常に粘性の製品を単離および輸送する必要性を
取り除くだけでなく、ハロゲン含有ポリマーのための熱
安定剤として非常に向上した性能を有する製品を提供す
ることは全く驚くべきことである。得られる亜鉛メルカ
プトエステル/ワックスマトリックスは、ハロゲン含有
ポリマーの加工にための潤滑剤の製造および利用のため
の適切な媒体として作用することも非常に有り難い。
【0009】亜鉛メルカプトエステルの製造のための本
発明の新規の方法は、酸化亜鉛、メルカプトエステル、
およびパラフィンワックスの混合物を少なくともワック
スの融点範囲に匹敵する温度で攪拌することを含む。ア
メリカまたはフランスプロセスの酸化亜鉛は適切であ
る。亜鉛化合物およびメルカプトエステルのいかなる比
も、縮合を起こすような条件であるかぎり充分である
が、反応物の理論比を用いることが望ましい。常圧にお
いて実用的な速度で水を除去するようにワックスの融点
より高い温度が必要であろうが、反応は、減圧下で約5
0〜約80℃であるワックスの融点範囲において満足す
るように進行するであろう。最大温度は約140℃であ
る。
【0010】本発明の方法に有用なメルカプトエステル
は、式、HS−[CHC(=O)OR]x (CH2 y
−C(=O)ORを有し、Rは1〜20個の炭素原子を
有する直鎖もしくは分枝鎖不飽和アルキル基であり、x
=0または1であり、y=1または2であり、およびx
=1であるときはy=1である。
【0011】このような特徴の、メルカプト酢酸(チオ
グリコール酸)、β−メルカプトプロピオン酸およびメ
ルカプト琥珀酸(チオリンゴ酸)のアルキルエステルは
本発明の方法に適切なメルカプトエステルを代表する。
2−エチルヘキシル、イソ−オクチルおよびn−オクタ
デシルエステルは、究極的に誘導される熱安定剤の有効
性の見地から好ましい。その目的で特に好ましいのはイ
ソ−オクチルおよび2−エチルヘキシルメルカプトアセ
テート、イソ−オクチルメルカプトプロピオネート、お
よびn−オクタデシルメルカプトアセテートおよびメル
カプトプロピオネートである。これらのメルカプトエス
テル全ては市販であるか、または従来のエステル化技術
で容易に製造される。エステルが誘導される酸も一般に
は市販されているが、所望により化学業界で長年続いて
いる手順によって製造されうる。メルカプト酢酸は、例
えば、ナトリウムヒドロスルフィドのナトリウムクロロ
アセテートとの反応および次いで行う酸性化によって製
造されうる。β−メルカプトプロピオン酸は、アセトニ
トリル中においてナトリウムヒドロスルフィドのβ−プ
ロピオラクトンとの反応および次いで行う酸性化によっ
て約80%収率で得られる。メルカプト琥珀酸は、無水
マレイン酸の二重結合に硫化水素を添加し、次いで加水
分解することによって製造されうる。α−メルカプトプ
ロピオン酸のアルキルエステルも本発明の目的に適切で
あり、それは米国特許第2,413,361 号(引用文献として
ここに取り入れる)に従ってα−クロロプロピオン酸お
よびチオ硫酸ナトリウムから製造されうる。アルキルエ
ステルは従来方法によって製造されうる。特に好ましい
メルカプトエステルのそれぞれの亜鉛誘導体は、このよ
うに、本発明の組成物で好ましい熱安定剤である。フラ
ンスまたはアメリカプロセスの酸化亜鉛は本発明の方法
による製造に適切である。両方とも鉛を含まないグレー
ドで入手可能であり、それらは好ましい。
【0012】本発明に利用されるワックスは低分子量炭
化水素ワックスであり、制限するわけではないが、ポリ
エチレンワックス、パラフィンワックスおよびミクロワ
ックスを含む。一般に、有用な炭化水素ワックスは約3
0〜約90℃の融点を有する。これらのワックスの特定
の例は、約38℃〜50℃の融点および1〜20の針入
度(ASTM D 1321)を有するポリエチレンワックス;約6
0〜約90℃の融点および10〜40の針入度を有する
ミクロワックス;約30〜約60℃の融点および10〜
40の針入度を有するパラフィンワックス;を含む。上
記のワックスのブレンドも用いられうる。パラフィンワ
ックスは好ましい。
【0013】パラフィンワックスは反応マトリックスと
しておよび管等の製造において加工されるであろう最終
の組成物において潤滑剤として便利に機能する。それ
は、一般に、約22〜約30個の炭素原子を有する飽和
炭化水素の混合物であり、石油留分として得られる。Mo
rton International, Inc.の商品名Adwax (商標)165
および商品名Hoechst XL 165で販売されるワックスは適
切である。
【0014】パラフィンワックス中で製造される亜鉛メ
ルカプトエステルとともにパラフィンワックスは、水酸
化カルシウムおよびステアリン酸をマトリックスに加
え、そしてそれを加熱してステアリン酸カルシウムを形
成することによる本発明の組成物において有用な別の潤
滑剤の現場製造のためのマトリックスとしても機能しう
る。任意に、部分的に酸化したポリエチレンは、水酸化
カルシウムおよびステアリン酸の反応が完了する前また
は後に、ワックスおよび亜鉛メルカプトエステルの混合
物に加えられてよい。反応混合物の温度は約110℃〜
約126℃である。酸化されたポリエチレンポリマー
は、また、潤滑剤としても機能し、それはAllied Chemi
cal のAC629Aの製品によって代表される。
【0015】本発明の熱安定剤は、任意の置換ジヒドロ
ピリジンが用いられる時の米国特許第4,515,916 号にお
いて教示された熱安定剤よりも性能が優れているが、本
発明の組成物は前記のジヒドロピリジンを任意の成分と
して含んでよい。ここに用いられるときに、置換ジヒド
ロピリジンという言葉は式
【0016】
【化1】
【0017】によって表される複素環式化合物を意味
し、ここで、Rは直鎖または分枝鎖において1〜20個
の炭素原子を有する同一のまたは異なる飽和または不飽
和アルキル基である。適切な置換ジヒドロピリジンの特
定の例は、R基がエチルである(以下の実施例において
DHP−1として参照する)またはドデシル(DHP−
2)であるものを含む。前記のジヒドロピリジンの製造
法は米国特許第4,209,439号に教示されており、ここに
引用文献として取り入れる。
【0018】本発明の安定剤組成物によって安定化さ
れ、且つ、本発明のポリマー組成物に有用であるハロゲ
ン含有ポリマーは、例えば、ハロゲン化ポリオレフィン
ホモポリマー、ハロゲン化ポリオレフィンコポリマー、
ハロゲン化ポリオレフィンホモポリマーもしくはコポリ
マーを含有するポリマーブレンド、ビニルハリドホモポ
リマー、ビニルハリドコポリマーおよびビニルハリドホ
モポリマーもしくはコポリマーを含有するポリマーブレ
ンドを含む。本発明の実施に使用可能なビニルハリドホ
モポリマー、ビニルハリドコポリマーおよびビニルハリ
ドホモコポリマーもしくはビニルハリドコポリマーを含
有するポリマーブレンドとしては、例えば、(1)ポリ
ビニルクロリド、ポリビニリデンクロリド、ポリビニル
ブロミド、ポリビニルフロリド、(2)ビニルクロリド
の共重合性エチレン系不飽和モノマー、例えば、ビニリ
デンクロリド、ビニルアセテート、ビニルブチレート、
ビニルベンゾエート、ジエチルフマレート、ジエチルマ
レエート、他のアルキルフマレートおよびマレエート、
ビニルプロピオネートメチルアクリレート、2−エチル
ヘキシルアクリレート、ブチルアクリレート、エチルア
クリレート、および他のアルキルアクリレート、メチル
メタクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタク
リレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、および他
のアルキルメタクリレート、メチル−α−クロロアクリ
レート、スチレン、ビニルエーテル、例えば、ビニルエ
チルエーテル、ビニルクロロエチルエーテル、ビニルフ
ェニルエーテル、ビニルケトン、例えば、ビニルメチル
ケトン、ビニルフェニルケトン、1−フルオロ−1−ク
ロロエチレン、アクリロニトリル、クロロアクリロニト
リル、アリリデン、ジアセテート、エチレンおよびプロ
ピレンとのコポリマー、および(3)ポリマーブレン
ド、例えば、ポリビニルクロリドおよびポリエチレン、
ポリビニルクロリドおよび塩素化ポリエチレン、ポリビ
ニルクロリドおよびポリメチルメタクリレート、ポリビ
ニルクロリドおよびポリブチルメタクリレート、ポリビ
ニルクロリドおよびポリスチレン、ポリビニルクロリド
およびアクリロニトリル−ブタジエン−スチレンコポリ
マー、並びにポリビニルクロリドおよびポリエチレンお
よびポリメチルメタクリレートのポリマーブレンド、を
含む。本発明に使用可能な典型的なビニルハリドコポリ
マーはビニルクロリド−ビニルアセテート(87:1
3)、ビニルクロリド−ビニリデンクロリド(95:
5)、ビニルクロリド−トリクロロエチレン(95:
5)およびビニルクロリド−20−エチルヘキシルアク
リレート(80:20)を含む。本発明の実施に使用可
能なぽりまーブレンドは少なくとも2種の明確なポリマ
ー種の物理的配合を含み、25〜95重量%のビニルハ
リドホモポリマーを含む。
【0019】ハロゲン含有ポリマーおよび安定剤組成物
に加えて、本発明のポリマー組成物は従来の添加剤、例
えば、充填剤、顔料、可塑剤、染料、酸化防止剤および
紫外光安定剤を含みうる。上記以外の潤滑剤、例えば、
ステアリルステアレート、セチルパルミテートおよび他
のエステルワックス等をも含んでよい。焼成クレー、炭
酸カルシウムおよびタルクのような材料も充填剤として
用いられうる。適切な顔料は二酸化チタン、カーボンブ
ラックおよび酸化鉄を含む。フタレート、セバケート、
アジペート、ホスフェートおよび6〜150個の炭素原
子を有する脂肪酸エステルは、本発明の組成物に適切な
よく知られる可塑剤の代表例である。適切な酸化防止剤
はトリクレジルホスフィット、2,6−ジ−t−ブチル
−4−メチルフェノール、2,6−ジ−t−ブチル−4
−デシルオキシフェノール、および2−t−ブチル−4
−メチルフェノール、2−t−ブチル−4−オクタデシ
ルオキシフェノールを含む。
【0020】本発明の安定剤組成物は、パラフィンワッ
クスをモルテン状になる温度に加熱し、酸化亜鉛および
メルカプトエステルを加え、そして混合物を加熱して縮
合により形成された水を取り除くことによって製造され
る。亜鉛メルカプチド生成物の約0.1重量%のオーダ
ーの少量の有機酸は反応開始剤として用いられてよい。
縮合は常圧または減圧で行われうる。未反応の酸化亜鉛
が残るならば、それは濾過または遠心分離によって反応
混合物から除去されうる。生成物は、取り扱いが困難な
ほどには粘性であるよりはもしろ、約80℃の低い温度
で非常に低い粘度を有する。
【0021】本発明の目的のために、安定剤組成物は、
混練および押出しの間のポリマー組成物の安定性に与え
る重要な影響のために、現場でまたは別の方法で製造さ
れた潤滑剤を含むものとする。このように、本発明の方
法はワックスマトリックス中で製造された亜鉛メルカプ
トエステルを含むワックスマトリックスへの潤滑剤の添
加をも含む。安定剤組成物において各成分の量は幅広い
範囲で変化しうる。そかし、一般に安定剤組成物は約5
〜約85%、好ましくは約10〜約20%の本発明の方
法により製造した亜鉛メルカプトエステルを含み、約1
5〜約80%のパラフィンワックス、0〜約20%のス
テアリン酸カルシウム、および、用いられるときには、
約1〜約20%、好ましくは約5〜約10%の置換ジヒ
ドロピリジンを含み、全てのパーセンントは用いられる
安定剤組成物の重量基準である。
【0022】同様に、本発明のポリマー組成物中に用い
られる安定剤組成物の量は幅広く変化させうる。有効な
量は、勿論、必要量の全量である。一般に、有効量はハ
ロゲン含有ポリマーの100重量部当たり0.2重量部
以下の安定剤組成物でありうる。安定剤組成物の重要な
上限はないが、ハロゲン含有ポリマーの100重量部当
たり15重量部を越える量は効果の見合った増加を生じ
ない。好ましくは、本発明の安定剤組成物はハロゲン含
有ポリマーの100重量部当たり約1〜約7重量部の範
囲の量で用いられる。
【0023】本発明のポリマー組成物は当業界によく知
られる方法および従来の装置の使用によって製造されう
る。安定剤組成物は、ヘンシェルブレンダーのような高
強度混合機において連続的に混合しながらハロゲン含有
ポリマーに加えられうる。重要な注意事項は安定剤組成
物およびハロゲン含有ポリマーが完全に混合されること
である。
【0024】本発明の安定化されたハロゲン含有ポリマ
ー組成物は、管のような製造品を形成するために用いら
れてよい。種々の従来の成形技術は、安定化された組成
物をあらゆる望ましい造形品に成形するために用いられ
てよい。
【0025】次の実施例は本発明を例示する。特に指示
がないかぎり全ての量、部およびパーセントは重量基準
である。
【0026】実施例1 130部のパラフィンワックス(Hoechst XL-165) 、3
5部(0.17当量)の2−エチルヘキシルチオグリコ
レート、および0.2部の酢酸、15部の酸化ポリエチ
レン、および消泡剤の混合物を110℃に加熱し、その
後、6.82部(0.17当量)の酸化亜鉛を徐々に加
えた。この混合物を窒素流で110℃において1時間ス
パージし、酸化物のスルホヒドロキシル基との反応によ
る水を除去した。それから、61.11部(0.2当
量)のステアリン酸を亜鉛塩/ワックス溶液と混合し
て、そして8部(0.17当量)の水酸化カルシウムを
加えた。この混合物を110℃で0.5時間保持し、そ
の半分を浅いパンに注いだときに、それは水のように容
易に注がれ、冷却時に固体化した。これは実施例1のフ
ラクションAであった。残りに約0.4部の、上記でD
HP−1として参照された置換ジヒドロピリジンを加
え、混合物を更に0.5時間加熱して、その後、それを
固体化のために浅いパンに注いだ。これは実施例1のフ
ラクションBであった。
【0027】実施例2 パラフィンワックス(69.36部)を130℃に加熱
し、0.1部の氷酢酸および3.8部(0.093当
量)の酸化亜鉛を加えた。この混合物をそのまま0.5
時間保持し、その後20部(0.098当量)の2−エ
チルヘキシルチオグリコレートを加えた。この反応混合
物を110℃において45分間保持した。液体は、浅い
パンに注いだときに幾分水のような非常に低い粘度を有
した。
【0028】実施例3 実施例2の一般手順に従ったが、酢酸の代わりにメタン
スルホン酸を開始剤として用いた。パンにいれた後に生
成物は冷却時に固体化した。
【0029】実施例4および5 これらの実施例において、管の加工に適切なPVC組成
物は、100部のポリビニルクロリド(OXY 225 PG) 、
5部のコート化炭酸カルシウム(Omya FT)、1部の酸化
チタン(TiPure R960 、DuPont) および0.3部の水酸
化カルシウム(これらの全ては下記にベースPVC配合
物として参照される。)を2.5部の実施例1のフラク
ションAおよび0.3部のDHP−1とブレンドするこ
と、および2.8部の実施例1のフラクションBとブレ
ンドすることによって製造され、それぞれ実施例4およ
び実施例5の製品を提供した。ブレンディングはヘンシ
ェル高強度混合機を用いて約110℃までの温度におい
て達成された。対照組成物および実施例4および5の製
品の動的ミル性能試験を390°F(199℃)におい
て2つのロールミル上で冷却されたブレンドを混練する
ことによって行った。フロントロールのロール速度は3
0rpmであり、リアーロールのロール速度は40rp
mであった。溶融した試料を毎分ごとに取り出した。試
料の彩色試験は表Iに示す結果を与えた。対照試料はベ
ースPVC配合物と1.3部のパラフィンワックス、
0.6部のステアリン酸カルシウム、0.15部の酸化
ポリエチレン、0.4部の別に用意した亜鉛2−エチル
ヘキシルチオグリコレート、および0.3部のDHP−
1とのブレンドであり、本発明の安定剤組成物と同一の
方法でブレンドされた。
【0030】
【表1】
【0031】ブラベンダー試験の間の実施例4および5
の溶融製品の溶融時間、最小トルク、および最大トルク
をも対照試料と比較した。試験条件は190℃の温度、
76g重、および60rpmのローター速度であった。
結果を表IIに示す。
【0032】
【表2】
【0033】実施例6および7 これらの実施例において、100部のポリビニルクロリ
ド(Shintech SE-950)、5部のコート化炭酸カルシウム
(Omya FT)、1部の酸化チタン(TiPure R960,DuPont)
、0.4部のステアリン酸カルシウム、0.3部の水
酸化カルシウム、0.3部のDHP−1および0.15
部の酸化ポリエチレンを含むベース潤滑化PVC配合物
を、0.4部の別に準備された亜鉛2−エチルヘキシル
チオグリコレートおよび1.2部のパラフィンワックス
とブレンドして対照組成物を製造した。同一のベース潤
滑化PVC配合物を1.6部の実施例2の亜鉛2−エチ
ルヘキシルチオグリコレートとブレンドして実施例6の
安定化ポリマー組成物をも提供し、および実施例3の亜
鉛2−エチルヘキシルチオグリコレートとブレンドして
実施例7の安定化ポリマー組成物をも提供した。実施例
4および5と実質的に同一の方法でブレンディングを行
った。これらのブレンドの各々は実施例4および5に記
載した動的ミル性能試験手順に従って試験された。彩色
試験の結果を表IIIに示す。
【0034】
【表3】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キース エー.メッシュ アメリカ合衆国,オハイオ 45231,シン シナティ,ライドル ロード 530

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸化亜鉛、式、HS−[CHC(=O)
    OR]x −(CH2y −C(=O)OR](ここで、
    Rは1〜20個の炭素原子を有する直鎖または分枝鎖の
    飽和または不飽和アルキル基であり、x=0または1で
    あり、y=1または2であり、およびy=1のときには
    x=1である)を有するメルカプトエステル、およびパ
    ラフィンワックスの混合物を少なくともワックスの融点
    範囲に等しい温度にまで加熱すること、および、形成さ
    れた水を除去すること、を含む亜鉛メルカプトエステル
    を製造する方法。
  2. 【請求項2】 酸化亜鉛、メルカプトエステルおよびパ
    ラフィンワックスの混合物を加熱すること、形成された
    水を除去すること、水酸化カルシウムおよびステアリン
    酸を加えること、および、水を除去するために得られた
    混合物を加熱することを含むハロゲン含有ポリマーのた
    めの安定剤組成物を製造する方法。
  3. 【請求項3】 メルカプトエステルが式、HS−[CH
    C(=O)OR]x−(CH2 y −C(=O)OR]
    (ここで、Rは1〜20個の炭素原子を有する直鎖また
    は分枝鎖の飽和または不飽和アルキル基であり、x=0
    または1であり、y=1または2であり、およびy=1
    のときにはx=1である)を有する請求項2に記載の方
    法。
  4. 【請求項4】 本質的に、パラフィンワックス、ステア
    リン酸カルシウム、および、式、HS−[CHC(=
    O)OR]x −(CH2 y −C(=O)OR](ここ
    で、Rは1〜20個の炭素原子を有する直鎖または分枝
    鎖の飽和または不飽和アルキル基であり、x=0または
    1であり、y=1または2であり、およびy=1のとき
    にはx=1である)を有するメルカプトエステルと酸化
    亜鉛とをパラフィンワックス中で反応させることによっ
    て製造された亜鉛メルカプトエステルからなる熱安定剤
    組成物。
  5. 【請求項5】 ステアリン酸カルシウムが亜鉛メルカプ
    トエステル/パラフィンワックスマトリックス中で水酸
    化カルシウムおよびステアリン酸から製造される請求項
    4に記載の熱安定剤組成物。
  6. 【請求項6】 ハロゲン含有ポリマーおよび請求項4に
    記載の熱安定剤を含むポリマー組成物。
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