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JP3101766B2 - ポリオキシメチレン共重合体組成物 - Google Patents
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JP3101766B2 - ポリオキシメチレン共重合体組成物 - Google Patents

ポリオキシメチレン共重合体組成物

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JP3101766B2
JP3101766B2 JP02266413A JP26641390A JP3101766B2 JP 3101766 B2 JP3101766 B2 JP 3101766B2 JP 02266413 A JP02266413 A JP 02266413A JP 26641390 A JP26641390 A JP 26641390A JP 3101766 B2 JP3101766 B2 JP 3101766B2
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polyoxymethylene copolymer
absorbance
polymer
formate
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広久 森下
一彦 松崎
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旭化成工業株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はポリオキシメチレン共重合体組成物に関す
る。さらに詳しくは、本発明は限定された末端基組成を
有する安定性に優れたポリオキシメチレン共重合体組成
物に関するものである。
[従来の技術] ポリオキシメチレン共重合体は通常ホルムアルデヒ
ド、またはトリオキサンと環状エーテルとを共重合する
ことによって得られる。米国特許第3,027,352号明細書
には、トリオキサンとエチレンオキシド、1,3−ジオキ
ソランとをカチオン共重合して得られる共重合体の記述
がある。
また、米国特許第3,337,503号明細書には、トリオキ
サンの重合時に、分子量調節剤としてメチラールを使用
することが開示されている。メチラールを分子量調節剤
として使用すると得られた重合体の末端基はメトキシ基
となる。
ホルムアルデヒド、トリオキサンのカチオン触媒を用
いた重合時にはハイドライドシフト(水素引き抜き反
応)が起こり、重合体の主鎖が切断され、高分子量の重
合体を得ることができない。しかも切断された末端は、
メトキシ基とホルメート基となることが知られている。
一方トリオキサンとエチレンオキシドなどのアルキレ
ンオキサイドとの共重合時には、水、メタノール、蟻酸
等の水酸基を有する化合物が存在すると、それらが連鎖
移動剤として機能し、不安定な末端構造を形成する。通
常重合後の後処理によって、これらの不安定な末端構造
を分解し、末端基をヒドロキシエトキシ基として安定化
せしめる方法が採用されているが、蟻酸の場合には、さ
らに末端ホルメート基が同時に形成される。重合体中の
末端ホルメート基の量が多いと、安定性に優れた重合体
を得ることができない。
[発明が解決しようとする課題] 以上の如く、従来の技術で合成されたポリオキシメチ
レン共重合体は、重合時トリオキサン中の不純物である
蟻酸による連鎖移動反応、及びカチオン触媒による副反
応であるハイドライドシフト反応によって末端ホルメー
ト基が形成され末端ホルメート基を低減することが困難
であった。
本発明は、優れた安定性を有するポリオキシメチレン
共重合体組成物に関するものである。更に詳しくは、特
に長期の耐熱性及び耐熱水性に優れたポリオキシメチレ
ン共重合体組成物に関するものである。
[課題を解決するための手段及び作用] 本発明者らは、ポリオキシメチレンの安定性について
鋭意研究の結果、ポリオキシメチレン共重合体の末端ホ
ルメート基量を、ある範囲以下にすることによって、極
めて優れた安定性、特に優れた長期の耐熱性及び耐熱水
性のポリオキシメチレン共重合体が得られることを見い
だし本発明を開発するに至った。
すなわち本発明は、 パーフルオロアルキルスルホン酸又はその誘導体の存
在下、ホルムアルデヒドもしくはトリオキサンと、環状
エーテルもしくは環状ホルマールとの共重合によって得
られる分子量が10,000〜200,000であるオキシメチレン
単位(−CH2O−)と、オキシアルキレン単位 (R0,R0′:同一又は、異なって水素、アルキル基、ア
リール基より選ばれ、更に異なる炭素原子に結合する
R0、異なる炭素原子に結合するR0′もそれぞれ同一又
は、異なって水素、アルキル基、アリール基より選ばれ
る。nは1以上の整数、m=2〜6)からなるポリオキ
シメチレン共重合体であって、重合体の赤外線分光測定
において、末端基ホルメートに起因する吸光度
(D1710)が、メチレン基に起因する吸光度(D1470)に
対してD1710/D1470≦0.025好ましくは0.02で示される範
囲にあるポリオキシメチレン共重合体100重部に対し、 a.アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、3価
及び4価元素の酸化物より選ばれる少なくとも2種の酸
化物を主成分とするイオン吸着体。
又は b.一般式 M11-xM2x(OH)2An- x/n・mH2O (但し、式中M1はアルカリ土類金属より選ばれる少なく
とも1種の2価金属を示し、M2は3価金属を示し、An-
はn価のアニオンを示す。またxは0<x≦0.5であ
り、mは正の数である。) で表されるイオン吸着体 より選ばれる少なくとも1種を0.01〜5.0重量部含むこ
とを特徴とする安定性に優れたポリオキシメチレン共重
合体組成物に関するものである。
次に本発明を具体的に説明する。
本発明のポリオキシメチレン共重合体は、ホルムアル
デヒドもしくはトリオキサンと、一般式 (R0,R0′:同一又は、異なって水素、アルキル基、ア
リール基より選ばれ、更に異なる炭素原子に結合する
R0、異なる炭素原子に結合するR0′もそれぞれ同一又
は、異なって水素、アルキル基、アリール基より選ばれ
る。m=2〜6) で表される環状エーテル、 もしくは一般式 (R0,R0′:同一又は、異なって水素、アルキル基、ア
リール基より選ばれ、更に異なる炭素原子に結合する
R0、異なる炭素原子に結合するR0′もそれぞれ同一又
は、異なって水素、アルキル基、アリール基より選ばれ
る。m=2〜6) で表される環状ホルマールとをカチオン触媒を用いて共
重合して、得ることが出来る。
本発明の重合体を得るために用いられる環状エーテル
としては、例えば、エチレンオキシド、プロピレンオキ
シド、ブチレンオキシド、スチレンオキシドなどが挙げ
られる。
環状ホルマールとしては、例えば、エチレングリコー
ルホルマール(1,3−ジオキソラン)、ジエチレングリ
コールホルマール、1,3−プロパンジオールホルマー
ル、1,4−ブタンジオールホルマール、1,5−ペンタンジ
オールホルマール、1,6−ヘキサンジオールホルマール
などが挙げられる。特に好ましいコモノマーはエチレン
グリコールホルマール(1,3−ジオキソラン)である。
本発明の重合体を得るために用いられるカチオン重合
触媒としては、パーフルオロアルキルスルホン酸又はそ
の誘導体が適している。具体的には例えば、トリフルオ
ロメタンスルホン酸、ペンタフルオロエタンスルホン
酸、及びこれら超強酸の無水物、あるいは超強酸のアル
キルエステルなどが挙げられる。また、触媒の濃度とし
ては、重合活性が充分であれば低い方が好ましい。触媒
濃度が高いとポリマー中に残存した触媒が解重合を起こ
すため熱安定性を低下させる。本発明においては触媒濃
度は、主モノマーに対し、1×10-6〜2×10-5mol%の
範囲が好ましい。
本発明者らは、パーフルオロアルキルスルホン酸又は
その誘導体をカチオン重合触媒として用いた場合に、通
常、トリオキサンの重合あるいは共重合に用いられてい
るカチオン重合触媒である3フッ化ホウ素等のルイス酸
触媒に比較し、特異的に、重合時に副反応であるハイド
ライドシフトが抑制されることを見いだした。
このことは、従来カチオン重合では、重合時の副反応
のために製造が困難であったより高い分子量のポリオキ
シメチレン重合体の製造が、容易になることを意味す
る。
重合後、重合ポリマー中に含まれる触媒は、解重合を
起こすため、一般に触媒を失活するために、トリエチル
アミンなどの塩基性物質を含む水溶液、あるいは有機溶
媒と接触させるか、あるいは塩基性物質を添加溶融混合
することによって中和失活する。また、本発明者らは少
なくとも2種類以上の金属酸化物あるいは金属水酸化物
からなる結晶性の酸吸着剤を添加溶融混合することによ
って、失活する事が非常に効果的であることも見いだし
た。更に詳しくは、ポリオキシメチレン共重合体100重
量部に対し、 a.アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、3価
及び4価元素の酸化物より選ばれる少なくとも2種の酸
化物を主成分とするイオン吸着体。
又は b.一般式 M11-xM2x(OH)2An- x/n・mH2O (但し、式中M1はアルカリ土類金属より選ばれる少なく
とも1種の2価金属を示し、M2は3価金属を示し、An-
はn価のアニオンを示す。またxは0<x≦0.5であ
り、mは正の数である。) で表されるイオン吸着体 より選ばれる少なくとも1種を0.01〜5.0重量部更に好
ましくは0.01〜1重量部添加し溶融混合する。ここで、
アルカリ金属酸化物としては、例えばNa2O,K2O等が挙げ
られ、アルカリ土類金属酸化物としては、例えばMgO,Ca
O等が挙げられ、更に3価及び4価元素の酸化物として
は、例えばAl2O3,SiO2,TiO2等が挙げられる。これら酸
化物より選ばれる少なくとも2種の酸化物を主成分とす
るイオン吸着体として、具体的には2.5MgO・Al2O3・nH2
O、2MgO・6SiO2・nH2O、Al2O3・9SiO2・nH2O、Al2O3・N
a2O・2CO3・nH2O、Mg0.7Al0.31.15等が挙げられる。
また一般式M11-xM2x(OH)2An- x/n・mH2Oにおいて、M1
の例としては、Mg,Ca等、M2の例としては、B,Al,Ga,In,
Ti,Tl等、An-の例としてはCO3 2-,OH-,HCO3 -,H2PO4 -,NO3
-,I-,サルチル酸イオン、クエン酸イオン、酒石酸
イオン等が挙げられる。特に好ましい例としてはCO3
2-,OH-が挙げられる。この種のイオン吸着体の具体例と
しては、Mg0.75Al0.25(OH)2CO3 0.125・0.5H2Oで示さ
れる天然ハイドロタルサイト、Mg4.5Al2(OH)13CO3
3.5H2O等で示される合成ハイドロタルサイトがある。
分子量調節剤は、アルコール、エーテル類が好まし
く、特にメチラールなどのアルキルエーテルが最も好ま
しい。この他、水、蟻酸、蟻酸メチルなども分子量調節
剤として有効であるが、本発明においては、特に蟻酸、
蟻酸メチルでは末端フォルメート基を形成するため好ま
しくない。また、水も不安定な末端水酸基を形成するた
めに好ましくない。従って、モノマー中に不純物として
水、蟻酸あるいは蟻酸メチルが含まれる場合には、重合
に先立ち精製しこれらの不純物を極力低減させる必要が
ある。好ましい、モノマー中の水、蟻酸、蟻酸メチルの
量は、それぞれ40ppm以下である。
本発明の重合体の分子量は、10,000〜200,000の範囲
である。分子量が10,000以下では充分な機械物性を得る
ことが出来ない。また、分子量が200,000以上になる
と、成形、押し出し等の加工性が著しく低下し、実用的
でない。
本発明においては、重合体の末端基構造及び末端基組
成が極めて重要なポイントである。
本発明において重合体の末端基としては、メトキシ基
(−OCH3)等のアルコキシ基、ヒドロキシアルコキシ基 (R0,R0′:同一又は、異なって水素、アルキル基、ア
リール基より選ばれ、更に異なる炭素原子に結合する
R0、異なる炭素原子に結合するR0′もそれぞれ同一又
は、異なって水素、アルキル基、アリール基より選ばれ
る。m=2〜6)、ホルメート基である。これら以外の
末端基、例えば、オキシメチレンユニットに付加した水
酸基は、非常に不安定で、重合後の後処理、例えばアル
カリ性物質の存在下での加熱分野によって、分解除去
し、ヒドロキシアルコキシ基としなければならない。
本発明では、これら末端基において、ホルメートの量
が最も重要なポイントである。共重合体のホルメート末
端基の量は、重合体を熱プレスして得たフィルムの赤外
線分光スペクトルにより測定できる。末端ホルメートに
起因する吸収波数(ν)は1710cm-1であり、ポリオキシ
メチレン主鎖のメチレン基に起因する吸収波数(ν)は
1470cm-1である。共重合体の末端ホルメート基の量はこ
れら吸光度の比D1710/D1470で表すことができる。
本発明における共重合体のホルメート基の量はD1710/
D1470として0.025以下、更に好ましくは0.020以下でな
ければならない。D1710/D1470がこれ以上の場合には、
共重合体の耐熱エージング特性及び耐熱水性が低下す
る。
[実施例] 以下実施例により本発明を説明するが、実施例により
本発明が何等限定されるものではない。
なお実施例中の測定項目は次の通りである。
1.末端ホルメート:共重合体を200℃で熱プレスし、15
μのフィルムを形成する。得られたフィルムの赤外線吸
収スペクトルを取り、ν=1710cm-1での吸光度とν=14
70cm-1の吸光度の比D1710/D1470を計算する。
2.オキシアルキレンユニット挿入量:共重合体10gを100
mlの3N HCl水溶液に入れ密封容器中で、120℃×2時間
加熱し分解させる。冷却後水溶液中のアルキレングリコ
ール、ジアルキレングリコール、トリアルキレングリコ
ールの量をガスクロマトグラフィー(FID)にて測定
し、オキシアルキレンユニットの量を共重合体のオキシ
メチレンユニットに対するモル%で表す。
3.MI:ASTM D−1238−86に基づく。
4.熱安定性:シリンダー温度230℃の射出成形機(アー
ブルグオールラウダー100、ウェスターン・トレーディ
ング(株)製)に樹脂を滞留させて12×120×3mmの成形
片を成形し成形片表面にシルバーストリークが発生する
時間(min)を求める。値が高いほどポリマーの熱安定
性が優れる。
5.耐熱エージング:ASTM D−638に基づく引っ張り試験
片を、140℃ギアーオーブン(田葉井製作所製,GPS−222
型)に保持し評価した。測定項目は引張強度保持率であ
る。
6.耐熱水性:ASTM D−638に基づく引っ張り試験片を、
120℃に調節した熱水中(流水式)に浸漬し評価した。
測定項目は引張強度保持率である。
[実施例−1] 高度に精製したトリオキサン(トリオキサン中の水≦
5ppm,蟻酸≦5ppm)2000g、1,3−ジオキソラン(トリオ
キサンに対し5mol%)、およびメチラール(トリオキサ
ンに対し0.2mol%)を2枚のΣ羽根を有するジャケット
付きのニーダーに入れて70℃に昇温した。ついでトリフ
ルオロメタンスルホン酸のジオキサン溶液(0.002mol/
)をソリフルオロメタンスルホン酸がトリオキサンに
対し5×10-6mol%となるように加え重合を行った。反
応開始後、15min経過したところでジャケットに冷水を
入れ窒素雰囲気下冷却した。1時間後、ニーダーの内容
物を取り出し失活剤としてMg0.75Al0.251.125(キョ
ワードKW2300 協和化学)を得られたポリマーに対し0.
1wt%添加し、ベント付きの2軸押し出し機を用いて、2
00℃で押し出した。更に、得られたポリマー100重量部
に対しトリエチルアミン1重量部、水5重量部、2,2−
メチレンビス−(4メチル−6−t−ブチルフェノー
ル)を0.2重量部添加し、ベント付き単軸押し出し機で
押し出した(押し出し温度200℃、ベント圧力200tor
r)。得られた共重合体の末端ホルメート,オキシアル
キレンユニット挿入量,MI,熱安定性,耐熱エージング,
耐熱水性を評価した。結果を表−1に示す。耐熱エージ
ング,耐熱水性共に、2000時間経過後の引張強度保持率
は80%以上であった。
[実施例−2〜17] 実施例−1と同様の方法で、触媒濃度、1,3−ジオキ
ソランの量、メチラールの量、あるいはコモノマーの種
類などを変えて表−1に示す条件でポリオキシメチレン
共重合体を合成した。得られたポリマーを実施例−1と
同様の処理を行ない、同様の評価を行った。結果を表−
1に示す。いずれも実施例−1と同様、耐熱エージン
グ,耐熱水性共に優れており、2000時間経過後の引張強
度保持率は80%以上であった。
[比較例−1〜7] 実施例−1の装置を用い、重合触媒としてトリフルオ
ロメタンスルホン酸に変えて、3フッ化ホウ素ジブチル
エーテレート(0.02mol/Lベンゼン溶液)を用い、触媒
濃度としてトリオキサンに対し5×10-3mol%を加えた
外は実施例−1と同様の方法で、コモノマー量、分子量
調節剤としてメチラールの量を種々変え、ポリオキシメ
チレン共重合体を重合し、実施例−1と同様に失活剤と
溶融混合した。得られたポリマーを実施例−1と同様の
処理を行ない、評価を行った。結果を表−1に示す。い
ずれも実施例に比べ、耐熱エージング,耐熱水性共に劣
っており、2000時間経過後の引張強度保持率は50%以下
であった。
[比較例−8、9] 実施例−5の条件でポリオキシメチレン共重合体を重
合し、重合後の冷却をAir1vol%含む窒素雰囲気下で行
った外は、実施例−1と同様の方法でポリオキシメチレ
ン共重合体を得た。得られたポリマーを実施例−1と同
様の評価を行った。結果を表−1に示す。いずれも実施
例に比べ、耐熱エージング,耐熱水性共に劣っており、
2000時間経過後の引張強度保持率は50%以下であった。
[実施例−18〜23] 実施例−3の条件でポリオキシメチレンコポリマーを
重合し、重合後の失活剤として表−2に示す失活剤を用
い、実施例−3と同様の方法で、溶融混合した。得られ
たポリマーを実施例−3と同様の処理を行ない、同様の
評価を行った。結果を表−2に示す。いずれも実施例−
1と同様、耐熱エージング,耐熱水性共に優れており、
2000時間経過後の引張強度保持率は80%以上であった。
[実施例−24] 内径が50mmの円が一部重なった断面を有し、L/D=14
の外側に熱媒を通すことの出来るジャケット付きのバレ
ルと、その内側に互いにかみ合う多数のパドルの付いた
二本の回転軸からなる連続式混合反応機(KRC−ニーダ
ー 栗本鉄鋼所(株)製)を用い、ジャケット温度80
℃、回転数78rpmで、トリオキサン(2Kg/h)、1,3−ジ
オキソラン(トリオキサンに対し5mol%)、メチラール
(トリオキサンに対し0.3モmol%)、及びトリフルオロ
メタンスルホン酸のジオキサン溶液(0.002mol/)を
トリフルオロメタンスルホン酸がトリオキサンに対し5
×10-6mol%となるように連続的に供給し重合を行っ
た。重合機より出たポリマーを窒素雰囲気下で取り出
し、次いでポリマーに失活剤としてMg0.75Al0.25
1.125(キョワードKW2300 協和化学)をポリマーに対
し0.1wt%添加し、ベント付きの2軸押し出し機を用い
て、200℃で押し出した。更に、得られたポリマー100重
量部に対しトリエチルアミン1重量部、水5重量部、2,
2−メチレンビス−(4メチル−6−t−ブチルフェノ
ール)を0.2重量部添加し、ベント付き単軸押し出し機
で押し出した(押し出し温度200℃、ベント圧力200tor
r)。得られた共重合体を実施例−1と同様に評価し
た。結果を表−2に示す。耐熱エージング,耐熱水性共
に、2000時間経過後の引張強度保持率は80%以上であっ
た。
[比較例−10] 実施例−24と、同じ重合装置を用い、重合触媒として
トリフルオロメタンスルホン酸に変え3フッ化ホウ素ジ
ブチルエーテレート(0.02mol/Lベンゼン溶液)を用
い、触媒濃度としてトリオキサンに対し5×10-3mol%
で連続的に供給した外は実施例−23と同様の条件でポリ
オキシメチレン共重合体を重合した。重合機よりのポリ
マーは、直径5wt%のトリエチルアミン水溶液の中に取
り出し、重合触媒を失活した。得られたポリマーをろ過
し、窒素気流下で加熱(135℃)乾燥した。次いで実施
例−23と同様に、得られたポリマー100重量部に対しト
リエチルアミン1重量部、水5重量部、2,2−メチレン
ビス−(4メチル−6−t−ブチルフェノール)を0.2
重量部添加し、ベント付き単軸押し出し機で押し出した
(押し出し温度200℃、ベント圧力200torr)。得られた
共重合体を実施例−23と同様に評価した。結果を表−2
に示す。耐熱エージング,耐熱水性共に、2000時間経過
後の引張強度保持率は50%以下であった。
[発明の効果] 本発明の共重合体組成物は、強度、剛性、疲労特性、
摩擦摩耗特性、熱安定性等に優れており、従来のポリオ
キシメチレン単独重合体及び共重合体が使用されてきた
用途、例えばカム、ギア、スイッチ、ハンドル、レバ
ー、リール、ハブ、軸受けなどの各種機構部品、ファス
ナー、ボタン、クリップなどの各種雑貨部品、その他多
くの自動車、電気、電子部品などに用いることができ
る。また、本共重合体組成物の優れた特性を生かし、ポ
ンプインペラー、ポンプケーシング、シャワーノズル、
蛇口などの水回りの部品に用いることができる。その
他、押し出し棒、シート、ブローなどの加工も可能であ
る。また、従来公知の添加剤、例えば各種の酸化防止
剤、熱安定剤、顔料、核剤、帯電防止剤、耐候剤など、
各種の強化材料、例えばカーボンファイバー、ガラスフ
ァイバー、ガラスビーズ、タルク、マイカなどの添加、
配合ができる。そのほか、ポリウレタン、PMMA,PEなど
とのポリマーブレンド、ポリマーアロイが可能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−18511(JP,A) 特開 昭57−30715(JP,A) 特開 昭57−12018(JP,A) 特開 昭49−23294(JP,A) 特開 昭63−56552(JP,A) 特開 昭57−192448(JP,A) 特開 昭59−93717(JP,A) 特公 昭48−8759(JP,B1) 特公 昭47−49833(JP,B1) 特公 昭43−8832(JP,B1) 特公 昭44−11144(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 2/00 - 2/38 C08L 59/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】パーフルオロアルキルスルホン酸又はその
    誘導体の存在下、ホルムアルデヒドもしくはトリオキサ
    ンと、環状エーテルもしくは環状ホルマールとの共重合
    によって得られる分子量が10,000〜200,000であるオキ
    シメチレン単位(−CH2O−)と、オキシアルキレン単位 【化1】 (R0,R0′:同一又は、異なって水素、アルキル基、ア
    リール基より選ばれ、更に異なる炭素原子に結合する
    R0、異なる炭素原子に結合するR0′もそれぞれ同一又
    は、異なって水素、アルキル基、アリール基より選ばれ
    る。nは1以上の整数、m=2〜6)からなるポリオキ
    シメチレン共重合体であって、重合体の赤外線分光測定
    において、末端基ホルメートに起因する吸光度
    (D1710)が、メチレン基に起因する吸光度(D1470)に
    対してD1710/D1470≦0.025で示される範囲にあるポリオ
    キシメチレン共重合体100重部に対し、 a.アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、3価
    及び4価元素の酸化物より選ばれる少なくとも2種の酸
    化物を主成分とするイオン吸着体。 又は b.一般式 M11-xM2x(OH)2An- x/n・mH2O (但し、式中M1はアルカリ土類金属より選ばれる少なく
    とも1種の2価金属を示し、M2は3価金属を示し、An-
    はn価のアニオンを示す。またxは0<x≦0.5であ
    り、mは正の数である。) で表されるイオン吸着体 より選ばれる少なくとも1種を0.01〜5.0重量部含むこ
    とを特徴とするポリオキシメチレン共重合体組成物。
  2. 【請求項2】前記ポリオキシメチレン共重合体の末端基
    ホルメートに起因する吸光度(D1710)が、メチレン基
    に起因する吸光度(D1470)に対してD1710/D1470≦0.02
    であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のポ
    リオキシメチレン共重合体組成物。
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