CN103946300A - 软管用橡胶组合物和软管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是:软管用橡胶组合物,其能够改善阻燃性和耐磨性,同时确保加工性;和软管。该软管用橡胶组合物含有氯丁橡胶、丁二烯橡胶和丁苯橡胶作为橡胶组分。在100质量份橡胶组分中,含有60-80质量份的量的氯丁橡胶。此外,基于每100质量份橡胶组分将5至25质量份的二氧化硅共混至该软管用橡胶组合物中。
Description
技术领域
本发明涉及软管用橡胶组合物和软管,特别涉及可改善阻燃性(特别是,缩短阴燃时间(afterglow response))和耐磨性并确保加工性的软管用橡胶组合物和软管。
背景技术
关于在施工机械等中使用的液压软管,已经做出了对改善耐候性、耐疲劳性、耐磨性、加工性等的考虑(例如,参见专利文献1和2)。
最近,液压软管在煤矿和矿山中的使用在增加,考虑到在工作期间的安全性需要改善阻燃性。在这里,液压软管所需的阻燃性主要是由MSHA标准(矿山安全和健康管理标准(Mine Safety and Health Administration standards))定义的。
为了表现出阻燃性,已经考虑了当使用卤素类聚合物(例如氯丁橡胶(CR))时要加入大量的金属氢氧化物化合物(例如,氢氧化铝、氢氧化镁),所述卤素类聚合物作为软管用橡胶组合物在燃烧期间放出惰性气体。
然而,众所周知的是,由于作为卤素类聚合物的氯丁橡胶(CR)具有低的储存稳定性,因此使用氯丁橡胶(CR)的橡胶组合物在用来制造软管时在加工性方面有困难。进一步地,众所周知的是,由于金属氢氧化物化合物具有低的补强性,使用金属氢氧化物化合物的橡胶组合物的耐磨性大大降低,因此软管的寿命缩短。进一步地,在考虑磨损寿命并增加外覆盖橡胶厚度的情况下,在作为软管的柔软化、重量减轻和空间节省方面将是低劣的。
因此,强烈要求发展具有优异耐磨性和加工性同时表现阻燃性(特别是,缩短阴燃时间)的橡胶。
引用列表
专利文献
PTL1:JP2010-121006A
PTL2:JP2011-001528A
发明内容
发明要解决的问题
考虑到上述问题,本发明的一个目的是要提供一种软管用橡胶组合物和软管,其可以改善阻燃性(特别是缩短阴燃时间)和耐磨性,并确保加工性。
用于解决问题的方案
本发明的软管用橡胶组合物含有氯丁橡胶、丁二烯橡胶和丁苯橡胶作为橡胶组分,并且在100质量份橡胶组分中含有60质量份至80质量份的氯丁橡胶,并且基于100质量份橡胶组分配混有5质量份至25质量份的二氧化硅。
采用上述组成,会改善阻燃性(特别是缩短阴燃时间)和耐磨性,并确保加工性。
本发明的软管具有由本申请的软管用橡胶组合物组成的橡胶层。
采用上述组成,会改善阻燃性(特别是缩短阴燃时间)和耐磨性,并确保加工性。
发明的效果
根据本发明,能够提供一种软管用橡胶组合物和软管,其可以改善阻燃性(特别是缩短阻燃响应)和耐磨性,并确保加工性。
附图说明
下面将参考附图对本发明做进一步描述,其中:
图1是显示使用本发明的软管用橡胶组合物的液压软管的层状结构的实例的透视图。
具体实施方式
(软管用橡胶组合物)
本发明的软管用橡胶组合物至少含有橡胶组分和二氧化硅,并且必要时进一步含有金属氢氧化物化合物和其它组分。
<橡胶组分>
该橡胶组分至少含有氯丁橡胶(CR)、丁二烯橡胶(BR)和丁苯橡胶(SBR),并且必要时进一步含有其它聚合物。
<<氯丁橡胶(CR)>>
该氯丁橡胶(CR)是由氯丁二烯单体的简单聚合获得的均聚物(在下文中称作氯丁二烯聚合物),或者是由氯丁二烯单体和一种或多种可以与氯丁二烯单体共聚的其它单体的混合物(在下文中称作氯丁二烯类单体)的聚合获得的共聚物(在下文中称作氯丁二烯类聚合物)。
-氯丁橡胶的分类-
氯丁橡胶被分为硫改性型、硫醇改性型和黄原素改性型,这取决于使用的分子量调节剂的种类。
任意上述改性型都可以用作该氯丁橡胶。然而,由于硫改性型与硫醇改性型和黄原素改性型相比,在聚合物本身的耐热性方面较逊色,因此如果特别需要耐热性,则优选使用硫醇改性型或黄原素改性型。
--硫改性型--
硫改性型是通过将由硫和氯丁二烯单体或氯丁二烯类单体共聚得到的共聚物用二硫化秋兰姆增塑、并将门尼粘度调节到预定值而形成的。
--硫醇改性型--
硫醇改性型是采用烷基硫醇(例如正十二烷基硫醇、叔十二烷基硫醇、辛基硫醇等)作为分子量调节剂而形成的。
--黄原素改性型--
黄原素改性型是采用烷基黄原素作为分子量调节剂而形成的。该烷基黄原素化合物没有特别限定,并且可以根据其目的而恰当地选择。其实例包括二甲基黄原素二硫化物、二乙基黄原素二硫化物、二异丙基黄原素二硫化物和二异丁基黄原素二硫化物等。
该烷基黄原素化合物的用量没有特别限定,可以根据其目的(即:烷基的结构或目标分子量)而恰当地选择,只要选择它使得氯丁橡胶的分子量(或门尼粘度)是合适的即可。其用量优选0.05质量份至5.0质量份,且更优选0.3质量份至1.0质量份,基于100质量份氯丁二烯单体或氯丁二烯类单体。
--氯丁橡胶(CR)的含量--
该氯丁橡胶(CR)的含量没有特别限定,可以根据其目的来适当地选择,只要它是60质量份至80质量份,基于100质量份橡胶组分。其含量优选65质量份至80质量份,且更优选65质量份至75质量份。
如果氯丁橡胶(CR)的含量在100质量份橡胶组分中小于60质量份,则阻燃性下降(即:阴燃时间变得更长),并且如果其含量在100质量份橡胶组分中超过80质量份,则加工性下降。另一方面,如果氯丁橡胶(CR)的含量在优选的范围内,从阻燃性和加工性的观点来看是有利的,并且如果其含量在更优选的范围内,是更有利的。
<<丁二烯橡胶(BR)>>
该丁二烯橡胶(BR)是由丁二烯单体的简单聚合获得的均聚物(在下文中称作丁二烯聚合物),或者是由丁二烯单体和一种或多种可以与丁二烯单体共聚的其它单体的混合物(在下文中称作丁二烯类单体)的聚合获得的共聚物(在下文中称作丁二烯类聚合物)。
-丁二烯橡胶(BR)的顺式-1,4键含量-
丁二烯橡胶(BR)的顺式-1,4键含量没有特别限定,可以根据其目的而适当地选择。其含量优选90%以上,更优选93%以上,且特别优选95%以上。
如果顺式-1,4键含量小于90%,耐磨性会降低。另一方面,如果顺式-1,4键含量在优选的范围内,从耐磨性的观点来看是有利的,并且如果其含量在更优选的范围或者特别优选的范围内,是更有利的。
顺式-1,4键含量可以使用1H-NMR、13C-NMR、FT-IR等测量。
-丁二烯橡胶(BR)的含量-
丁二烯橡胶(BR)在100质量份橡胶组分中的含量没有特别限定,可以根据其目的而适当地选择。其含量优选10质量份至30质量份,且更优选15质量份至25质量份。
如果丁二烯橡胶(BR)的含量在100质量份橡胶组分中小于10质量份,则耐磨性会下降,并且如果其含量在100质量份橡胶组分中超过30质量份,则由于CR或SBR的量下降,加工性或阻燃性会下降。另一方面,如果丁二烯橡胶(BR)的含量在优选的范围内,从实现耐磨性和阻燃性两者的观点来看是有利的,并且如果其含量在更优选的范围内,是更有利的。
<<丁苯橡胶(SBR)>>
该丁苯橡胶(SBR)是由苯乙烯单体和丁二烯单体的共聚获得的共聚物(在下文中称作苯乙烯-丁二烯共聚物),或者由苯乙烯单体和丁二烯单体以及一种或多种可以与苯乙烯单体和丁二烯单体共聚的其它单体的混合物(在下文中称作苯乙烯-丁二烯类单体)的聚合获得的共聚物(在下文中称作苯乙烯-丁二烯类共聚物)。
--可与苯乙烯单体和丁二烯单体共聚的单体--
可与苯乙烯单体和丁二烯单体共聚的单体没有特别限定,并且可以根据其目的而恰当地选择。其实例包括具有5至8个碳的共轭二烯单体,例如2-甲基-1,3-丁二烯、2,3-二甲基-1,3-丁二烯、1,3-戊二烯、1,3-己二烯;和芳族乙烯基单体,例如对甲基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基萘。这些可以单独使用或以两种或多种的组合使用。
-丁苯橡胶(SBR)的苯乙烯含量-
丁苯橡胶(SBR)的苯乙烯含量没有特别限定,可以根据其目的而适当地选择。其含量优选20质量%至45质量%,更优选20质量%至35质量%。
如果丁苯橡胶(SBR)的苯乙烯含量小于20质量%,则加工性会下降,并且如果该含量超过45质量%,则耐磨性会下降。另一方面,如果丁苯橡胶(SBR)的苯乙烯含量在优选的范围内,从加工性和耐磨性的观点来看是有利的,并且如果其含量在更优选的范围内,是更有利的。
-丁苯橡胶(SBR)的含量-
丁苯橡胶(SBR)在100质量份橡胶组分中的含量没有特别限定,可以根据其目的而适当地选择。其含量优选10质量份至30质量份,且更优选10质量份至25质量份。
如果丁苯橡胶(SBR)的含量在100质量份橡胶组分中小于10质量份,则加工性会下降,并且如果其含量在100质量份橡胶组分中超过30质量份,则由于CR或BR的含量下降,耐磨性或阻燃性会下降。另一方面,如果丁苯橡胶(SBR)的含量在优选的范围内,从实现耐磨性和阻燃性两者的观点来看是有利的,并且如果其含量在更优选的范围内,是更有利的。
<<丁二烯橡胶(BR)/丁苯橡胶(SBR)的质量比>>
丁二烯橡胶(BR)/丁苯橡胶(SBR)的质量比没有特别限定,可以根据其目的而适当地选择。其比例优选30/10至10/30,且更优选25/15至15/25。
如果该质量比为(小于10)/30,则耐磨性会下降;并且如果该质量比为(超过30)/10,则加工性会下降。另一方面,如果该质量比在优选的范围内,从实现耐磨性和加工性两者的观点来看是有利的,并且如果该质量比在更优选的范围或特别优选的范围内,是更有利的。
如果在100质量份橡胶组分中含有60质量份至80质量份的氯丁橡胶、10质量份至30质量份的丁二烯橡胶、10质量份至30质量份的丁苯橡胶,则能够改善阻燃性(特别是,缩短阴燃时间)和耐磨性,并确保加工性。
<<其它聚合物>>
其它聚合物没有特别限定,并且可以选自根据其目的而恰当地选择。实例包括天然橡胶、氯磺化聚乙烯(CSM)、氯化聚乙烯(CPE)、丁腈橡胶(NBR)、氢化丁腈橡胶(H-NBR)、丙烯酸类橡胶(ACM)、乙丙橡胶(EPDM)、表氯醇橡胶(CO)、醇橡胶(ECO)、硅橡胶(Q)、氟橡胶(FKM)等。这些可以单独或以两种或多种组合使用。
在这些中,从阻燃性的观点来看优选CSM和CPE。
<二氧化硅>
通过向软管用橡胶组合物中加入二氧化硅,可以改善阻燃性(特别是,缩短阴燃时间),并提高补强性,从而改善耐磨性。
二氧化硅的氮吸附比表面积(N2SA)没有特别限定,并且可以根据其目的来适当地选择。其面积优选70m2/g至300m2/g,更优选100m2/g至280m2/g,特别优选150m2/g至250m2/g。
如果二氧化硅的氮吸附比表面积(N2SA)小于70m2/g,则阻燃性和耐磨性会下降,并且如果其面积超过300m2/g,则分散性和加工性会劣化。另一方面,如果二氧化硅的氮吸附比表面积(N2SA)在优选的范围内,从阻燃性、耐磨性和加工性之间的平衡的观点来看是有利的,并且如果其比表面积在更优选的范围或特别优选的范围内,是更有利的。
二氧化硅的配混量没有特别限定,可以根据其目的来适当地选择,只要其基于100质量份的橡胶组分为5质量份至25质量份即可。其配混量基于100质量份的橡胶组分优选为7质量份至15质量份。
如果二氧化硅的配混量小于5质量份,阻燃性劣化(即,阴燃时间变长),并且如果其配混量超过25质量份,耐磨性降低。另一方面,如果二氧化硅的配混量在优选的范围内,从实现阻燃性和耐磨性两者的观点来看是有利的。
<金属氢氧化物化合物>
通过向软管用橡胶组合物加入金属氢氧化物化合物,可以改善阻燃性。然而,耐磨性下降。因此,如果特别需要耐磨性,优选不向软管用橡胶组合物加入金属氢氧化物化合物(或者减少其加入量)。
该金属氢氧化物化合物没有特别限定,并且可以根据其目的而恰当地选择。实例包括氢氧化铝、氢氧化镁等。
金属氢氧化物化合物的配混量没有特别限定,可以根据其目的而适当地选择。其配混量优选10质量份以下,更优选8质量份以下,特别优选5质量份以下,基于100质量份的橡胶组分。该配混量也可以是0质量份(即,无须配混金属氢氧化物化合物)。
如果金属氢氧化物化合物的配混量基于100质量份橡胶组分是10质量份以下,可防止耐磨性下降。
如果金属氢氧化物化合物的配混量基于100质量份橡胶组分超过10质量份,耐磨性可显著下降。
<其它组分>
作为其它组分,在不妨碍本发明目的的范围内可以适当选择并配混通常用于橡胶工业中的配混剂,例如除二氧化硅外的填料、增塑剂、硫化剂、硫化促进剂、抗老化剂、抗焦烧剂、软化剂、氧化锌、硬脂酸、硅烷偶联剂、有机酸钴和粘合助剂(例如间苯二酚、六亚甲基四胺、三聚氰胺树脂等)。可商购获得的产品可合适地用作这些配混剂。可以通过将橡胶组分与必要时适当选择的各种配混剂配混、之后进行混炼、加温、挤出等来制造该橡胶组合物。
炭黑作为除二氧化硅外的填料是合适的。特别是,从获得耐磨性和可挤出性两者的观点来看,FEF级炭黑(具有20g/kg至50g/kg的碘吸附量和20(×10-5m3/kg)至150(×10-5m3/kg)的DBP油吸附量)作为炭黑是期望的。
(软管)
本发明的软管具有至少一层橡胶层,并进一步具有除该橡胶层之外的橡胶层,以及必要时的其它构件。
-橡胶层-
该橡胶层没有特别限定,并且可以根据其目的来适当地选择,只要它由本发明的软管用橡胶组合物制得即可。实例包括外覆盖橡胶层等。
该外覆盖橡胶层的形状、结构和尺寸没有特别限定,并且可以根据其目的来适当地选择。
该外覆盖橡胶层的厚度没有特别限定,并且可以根据其目的来适当地选择。其厚度优选0.3mm至3.5mm,更优选0.7mm至3.2mm,特别优选1.0mm至3.0mm。
如果橡胶层的厚度小于0.3mm,可能磨损并导致短的寿命,并且如果其厚度超过3.5mm,由于可燃组分的量增加,阻燃性会下降,或者橡胶层在作为软管的柔软化、重量减轻和空间节约方面会劣化。另一方面,如果橡胶层的厚度在优选的范围内,从阻燃性和磨损寿命的观点来看是有利的,并且如果其厚度在更优选的范围或特别优选的范围内,是更有利的。
例如,如图1中所示,该软管具有内表面橡胶层(内管橡胶)10;具有镀黄铜丝的补强层12、14、16、18;中间橡胶层(中间橡胶)11、13、15、17;和外表面橡胶层(外覆盖橡胶)19。
本发明的软管用橡胶组合物适合于形成外表面橡胶层(外覆盖橡胶)19。
软管的结构包括从内侧起设置的多个层:内表面橡胶层(内管橡胶)10;分别由四层组成的补强层12、14、16、18和中间橡胶层(中间橡胶)11、13、15、17,;和外表面橡胶层(外覆盖橡胶)19。然而,其结构并不限于以上的结构,例如可以是连续层叠有内表面橡胶层(内管橡胶)、补强层和外表面橡胶层(外覆盖橡胶)的三层结构,或连续层叠有内表面橡胶层(内管橡胶)、纤维补强层、由三层组成的中间橡胶层(中间橡胶补强层)和外表面橡胶层(外覆盖橡胶)的六层结构。可以根据该软管所需的特性来适当地选择其结构。进一步地,没必要所有补强层都由镀黄铜丝形成,也可以使用部分由有机纤维形成的补强层。此外,可以将树脂(例如超高分子量聚乙烯)层设置在最外层,并适用于具有改善耐磨性的软管。
<软管的制造方法>
本发明软管的制造方法例如包括如下所述的:内管挤出步骤、编织(knitting)步骤、外覆盖层挤出步骤、树脂模具涂布步骤、硫化步骤、树脂模具剥离步骤、芯轴取出步骤和必要时进一步适当选择的其它步骤。
首先,将内表面橡胶层10用橡胶组合物在具有几乎等于软管的内径以覆盖该芯轴的直径的芯体(芯轴)的外部挤出成型,从而形成内表面橡胶层10(内管挤出步骤)。接着,将预定数量的镀黄铜丝编织到由内表面橡胶挤出步骤形成的内表面橡胶层10的外部,以形成补强层12(编织步骤)。然后,插入本发明的软管用橡胶组合物的片,并形成补强层12的内部,从而形成中间橡胶层11。重复这个操作几次,以连续地层叠补强层14、16、18和中间橡胶层13、15、17,以形成由本发明的软管用橡胶组合物组成的外表面橡胶层19(外覆盖层挤出步骤)。进一步地,将在外覆盖层挤出步骤中形成的外表面橡胶层19的外部适当地涂覆合适的树脂(树脂模具涂布步骤),并将这转而在规定的条件下硫化(硫化步骤)。在硫化之后,将上述涂布树脂剥离(树脂模具剥离步骤),然后通过移除芯轴(芯轴取出步骤),获得在内表面橡胶层10和外表面橡胶层19之间具有中间橡胶层11、13、15、17和补强层12、14、16、18的软管。
实施例
在下文中,将参照其实施例来更详细地描述本发明。然而,本发明绝不局限于下面的实施例。
首先,制备如下所述的橡胶组合物(橡胶片材)。下面示出了橡胶组合物的评价方法。在表1至4中描述为配混量的值的单位是质量份。进一步地,在表1至4中,每个实施例和比较例的橡胶组合物含有(i)80质量份的炭黑(#65,由Asahi Carbon Co.,Ltd.制造)、(ii)15质量份的芳香油(anti-MOLEX NH-60T,由Nippon Oil Corporation制造)、(iii)5质量份的氧化锌、(iv)3质量份的氧化镁、(v)2质量份的蜡(OZOACE0017,由Nippon Seiro Co.Ltd.制造)、(vi)3质量份的防老剂(ANTIGENE6C,由Sumitomo Chemical Co.,Ltd.制造)、(vii)2质量份的硬脂酸钴、(viii)2.5质量份的硫、(ix)1质量份的硫化促进剂NS。
<橡胶组合物的评价方法>
(1)阻燃性(火焰消失时间)
通过下面基于MSHA标准(矿山安全和健康管理标准)ASTP5007的阻燃性(火焰消失时间)评价的方法来评价阻燃性(火焰消失时间)。将橡胶片用模具在150℃下加压硫化60分钟,然后切割成预定的尺寸,以获得厚度为3mm的评价样品。使用这些样品进行评价。
获得的评价结果示于表1至4中。在本文中,关于火焰消失时间,更小的值表明更好的阻燃性。
评价标准如下。
◎:0秒以上且10秒以下
○:超过10秒且30秒以下
△:超过30秒且60秒以下
×:超过60秒
(2)阻燃性(阴燃时间)
通过下面基于MSHA标准(矿山安全和健康管理标准)的阻燃性(阴燃时间)评价的方法来评价阻燃性(阴燃时间)。将橡胶片用模具在150℃下加压硫化60分钟,然后切割成预定的尺寸,以获得厚度为3mm的评价样品。使用这些样品进行评价。
获得的评价结果示于表1至4中。在本文中,关于阴燃时间,更小的值表明更好的阻燃性。
评价标准如下。
◎:0秒以上且90秒以下
○:超过90秒且180秒以下
△:超过180秒且230秒以下
×:超过230秒
(3)耐磨性(DIN磨耗量)
根据JIS K6264测量耐磨性(DIN磨耗量)。
所得评价结果(当比较例1被设为100时的指数)示于表1至4中。在本文中,关于耐磨性(DIN磨耗量),更小的值表明更好的结果。通过将在150℃下硫化60分钟的橡胶片冲压成为预定的尺寸,来获得评价样品。
(4)加工性(储存稳定性)
根据如下评价方法来评价加工性(储存稳定性)。
首先,在将橡胶捏合之后,将样品在95%RH和40℃的恒温恒湿浴中储存72小时。然后,在130℃下进行由JIS K6300规定的门尼焦烧试验,并基于门尼粘度和焦烧时间来确定。
所得评价结果示于表1至4中。
评价标准如下。
○:低于100的门尼粘度和10分钟以上的焦烧时间
△:低于100的门尼粘度和小于10分钟的焦烧时间
×:100以上的门尼粘度
表3
在表1至4中的*1至*6表示下列物质。
*1氯丁橡胶(CR):由Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha制造,DenkaChloroprene"M40"
*2丁二烯橡胶(BR):由JSR Corporation制造,"BR01"(顺式-1,4键含量:95%)
*3丁苯橡胶(SBR):由JSR Corporation制造,"JSR1500"
*4二氧化硅:由Tosoh Silica Corporation制造,"Nipsil AQ"
*5氢氧化铝:由Showa Denko K.K.制造,"HIGILITE H-42S"
*6氢氧化镁:Kyowa Chemical Industry Co.,Ltd.,"KISMA5A"
从表1至4可以看出:实施例1至28与比较例1至16相比可以改善阻燃性、耐磨性和加工性,其中实施例1至28是通过包含氯丁橡胶、丁二烯橡胶和丁苯橡胶作为橡胶组分,并且在100质量份橡胶组分中包含60质量份至80质量份的氯丁橡胶,并且基于100质量份橡胶组分配混有5质量份至25质量份的二氧化硅而形成的,比较例1至16不是通过包含氯丁橡胶、丁二烯橡胶和丁苯橡胶作为橡胶组分,并且在100质量份橡胶组分中包含60质量份至80质量份的氯丁橡胶,并且基于100质量份橡胶组分配混有5质量份至25质量份的二氧化硅形成的。
产业上的可利用性
本发明的软管用橡胶组合物例如可以合适地用在用于施工机械、屋顶支撑物等中的液压管的中间橡胶层和/或外覆盖橡胶层中。
附图标记说明
1 软管
10 内表面橡胶层(内管橡胶)
11 中间橡胶层(中间橡胶)
12 补强层
13 中间橡胶层(中间橡胶)
14 补强层
15 中间橡胶层(中间橡胶)
16 补强层
17 中间橡胶层(中间橡胶)
18 补强层
19 外表面橡胶层(外覆盖橡胶)
Claims (4)
1.一种软管用橡胶组合物,其含有氯丁橡胶、丁二烯橡胶和丁苯橡胶作为橡胶组分,
并且在100质量份所述橡胶组分中,含有60质量份至80质量份的氯丁橡胶,
并且,基于100质量份所述橡胶组分,配混有5质量份至25质量份的二氧化硅。
2.根据权利要求1所述的软管用橡胶组合物,其中在100质量份所述橡胶组分中,含有60质量份至80质量份的氯丁橡胶、10质量份至30质量份的丁二烯橡胶、10质量份至30质量份的丁苯橡胶。
3.根据权利要求1所述的软管用橡胶组合物,基于100质量份所述橡胶组分,配混有10质量份以下的金属氢氧化物化合物。
4.一种软管,其具有由根据权利要求1所述的软管用橡胶组合物组成的橡胶层。
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