JP3419894B2 - ポリスチレン−ポリラクトンブロック共重合体の製造方法 - Google Patents
ポリスチレン−ポリラクトンブロック共重合体の製造方法Info
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Description
改質剤に用いられるポリスチレン−ポリラクトンブロッ
ク共重合体(以下PS−PLと記す)の製造方法に関す
る。更に詳しくは、ブロック率の高いPS−PLを効率
よく製造できる方法に関する。
属化合物を開始剤とするいわゆる“リビングアニオン重
合”により製造されていた。特公昭46−37737
号、特公昭47−27151号、特開昭62−2419
56、特開昭62−225519号および特開昭63−
258932号等には、シクロヘキサン、トルエン、テ
トラヒドロフラン等の溶媒中で、n−ブチルリチウム等
の開始剤を用いて、スチレンのアニオン重合を行い、必
要に応じてエチレンオキシド等で末端活性点のアルコキ
シド化を実施した後、カプロラクトンのアニオン重合を
行う技術が開示されている。
等の非極性モノマーの重合は、上記のリビングアニオン
重合により工業的スケールにて実施されているものの、
モノマーにカプロラクトン等の極性モノマーが含まれる
場合、工業的スケールでの実施は困難であった。その理
由の一つは、スチレン等の非極性モノマーのリビングア
ニオン重合の溶媒には一般的にシクロヘキサンが使用さ
れているが、カプロラクトン等はシクロヘキサンに非常
に難溶であることから、PS−PLを製造するためには
比較的高価なテトラヒドロフランやトルエン等の溶媒を
使用しなければならず、これらの溶媒を用いた場合、反
応溶液からPS−PLを分取するスチームストリッピン
グを行う際、特に温度条件が厳しく制限され、商業的製
造ができない点が挙げられる。更には、リビングアニオ
ン重合の開始剤になるアルカリ金属化合物は水と非常に
激しく反応しアルカリ金属水酸化合物を与えることか
ら、系中の水分を可能な限り除去した後に、リビングア
ニオン重合は実施されるが、逆に系中に微量残存する水
分は、開始剤のアルカリ金属化合物によって除かれ、過
剰分のアルカリ金属化合物のみからモノマーの重合が開
始する。スチレン等の非極性モノマーの場合、生成する
アルカリ金属水酸化合物とは全く反応しないため、リビ
ング重合の実施ができるが、カプロラクトン等は開始剤
たるアルカリ金属化合物および生成するアルカリ金属水
酸化物の両方共に反応することから、現在の脱水技術で
はどのようにしてもカプロラクトンホモポリマー等の生
成を避けることができない。このため、得られたPS−
PLのブロック率が低下したり、PS−PLの用途にお
いて靱性や相溶性が低下するという問題があった。この
ようにラクトンモノマーを用いてブロック率が高いPS
−PLを商業ベースで製造する方法が望まれていた。
ールでかつ商業ベースでPS−PLを製造する方法を鋭
意検討した結果、リビングアニオン重合等により得られ
た水酸基変性ポリスチレン樹脂とラクトンモノマーを重
合触媒の存在下、高温で溶融混練することが極めて効果
的で前記課題を解決できる製法であることを見い出し、
本発明を完成するに至った。
ン樹脂10〜90重量部、ラクトンモノマー90〜10
重量部および重合触媒0.001〜1重量部を押出機ま
たはスタティックミキサー型重合装置を用いて溶融混練
することを特徴とするポリスチレン−ポリラクトンブロ
ック共重合体の製造方法を提供するものである。
脂とは、分子内に水酸基を1個以上含有し、かつ全樹脂
中の50重量%以上は、スチレンまたはα−メチルスチ
レンにより構成される樹脂を示す。ポリスチレン樹脂に
水酸基を導入する方法については特に制限を受けず、任
意の方法、例えばリビングアニオン重合により、スチレ
ンの重合を行った後、エチレンオキシド等で末端活性点
をアルコキシド化し、続いて水、アルコール等で処理す
る方法、あるいはスチレンと2−ヒドロキシエチルメタ
クリレート等のモノマーを共重合する方法、およびポリ
スチレン樹脂または官能基変性ポリスチレン樹脂に対し
物理的および/または化学的処理を行う方法等により実
施される。本発明における水酸基変性ポリスチレン樹脂
の1分子当たりの水酸基の数としては、1個以上であ
り、好ましくは1〜10個、更に好ましくは1〜5個で
ある。上記樹脂中の水酸基の数があまりにも多くなりす
ぎると、PS−PLの剛性等の機械的強度が大幅に低下
するため好ましくない。また、最も好ましい水酸基の数
はPS−PLの用途により異なり、1個、2個または3
〜10個の場合、それぞれ得られるPS−PLの物性も
異なる。
に制御するためには、リビングアニオン重合による製造
が最も好ましく、具体的には開始剤のアルカリ金属化合
物として、n−ブチルリチウム、sec−ブチルリチウ
ム、ブチレン−1、4−ジリチウムおよびナフタレンナ
トリウム等を使用し、スチレンおよび/またはα−メチ
ルスチレン、および必要に応じてブタジエン、イソプレ
ン等の共役ジエンモノマーのアニオン重合を行い、エチ
レンオキシド、プロピレンオキシド、パラホルムアルデ
ヒド等で末端活性点をアルコキシド化し、続いて、水、
アルコール等で処理する方法により実施される。その際
使用する溶媒は一般的にはシクロヘキサンであり、スチ
ームストリッピングによる精製工程も、すでに工業的に
実施されている。
御するには、日本油脂(株)で製造されているポリマー
開始剤を用いる、ラジカル重合でのブロックポリマー
(商品名「モディパー」)の製造プロセスの応用が最も
好ましい。具体的にはポリ〔ポリ(トリエチレングリコ
ール−alt−アジピン酸ジクロリド)−alt−(過酸化水
素)〕をラジカル重合開始剤として用い(前記altは交
互結合であることを示す)、第1モノマーとして、少量
のメチルメタクリレートおよび2−ヒドロキシエチルメ
タクリレートを共重合し、続いて第2モノマーとして多
量のスチレンを単独重合することにより、片末端部に水
酸基が局在化した水酸基変性ポリスチレン樹脂が得られ
る。上記の2−ヒドロキシエチルメタクリレートの他に
は、2−ヒドロキシエチルアクリレート、4−ヒドロキ
シブチル(メタ)アクリレートおよび2−ヒドロキシプ
ロピル(メタ)アクリレート等も同様に使用できる。本
発明に使用する水酸基変性ポリスチレン樹脂の組成にお
いて、全樹脂中のスチレンおよび/またはα−メチルス
チレンから構成される樹脂成分は、50重量%以上で、
好ましくは70重量%以上、更に好ましくは90重量%
以上である。上記成分の組成が50重量%を下回ると、
PS−PLの剛性等の機械的強度が著しく低下して好ま
しくない。
脂の組成において、スチレンおよび/またはα−メチル
スチレン以外の成分としては、リビングアニオン重合の
場合、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、パラホ
ルムアルデヒド等の水酸基変性剤を必須成分として、P
S−PLの靱性を向上させるため必要に応じてブタジエ
ン、イソプレン等の共役ジエンモノマーを含有すること
ができ、ラジカル重合の場合、2−ヒドロキシエチル
(メタ)アクリレート等の水酸基変性モノマーを必須成
分として、PS−PLの相溶性を改良するため必要に応
じてメチルメタクリレート、アクリロニトリル、酢酸ビ
ニル等のラジカル重合性モノマーを含有することができ
る。
樹脂の分子量は特に制限を受けないが、通常GPC測定
法による標準ポリスチレン換算数平均分子量が5,00
0〜500,000の範囲であり、好ましくは10,0
00〜300,000、更に好ましくは15,000〜
200,000の範囲である。上記分子量が5,000
を下回る場合はPS−PLの機械的強度が劣り、逆に5
00,000を上回る場合はPS−PLの加工性が悪化
するため好ましくない。上記分子量において、特にリビ
ングアニオン重合により製造された分子内に1個または
2個の水酸基を有するポリスチレン樹脂の数平均分子量
は10,000〜200,000の範囲が好ましく、更
に好ましくは15,000〜100,000の範囲であ
る。上記樹脂の分子量が200,000を上回る場合に
は、水酸基の数が非常に少なくなり、ラクトンモノマー
を付加する際の反応速度が低下するため好ましくない。
にε−カプロラクトンモノマーを示すが、用途に応じて
メチル化カプロラクトンモノマー、中でも4−メチルカ
プロラクトン、およびδ−バレロラクトンを各単独また
はε−カプロラクトンモノマーと混合し使用することも
できる。
ノマーの開環重合触媒であり、スズ化合物、チタン化合
物、アルミニウム化合物、亜鉛化合物、モリブデン化合
物およびジルコニウム化合物等が例示できるが、取り扱
い易さ、低毒性、反応性、無着色性、熱安定性等のバラ
ンスからスズ化合物およびチタン化合物が好ましく用い
られる。スズ化合物としては具体的には、例えば塩化第
一スズ、オクチル酸第一スズ、モノブチルスズオキシ
ド、モノブチルスズトリス(2−エチルヘキサネート)
等のモノブチルスズ化合物、ジブチルスズオキシド等の
ジブチルスズ化合物が挙げられる。またチタン化合物と
しては、テトラブチルチタネート、テトラiso−プロピ
ルチタネート等が挙げられる。これらは各単独であるい
は混合して使用することができる。
は、水酸基変性ポリスチレン樹脂中の水酸基からラクト
ンモノマーが開環付加重合して得られるポリスチレン樹
脂とポリラクトンから成る共重合体、またはこの共重合
体同士をカップリング剤により結合した共重合体であ
る。本明細書中では、とくに両者を区別する必要がある
ときは、後者を「カップリングされたPS−PL」と記
載する。上記PS−PLの分子量は特に制限を受けない
が、通常10,000〜1,000,000の範囲であ
り、好ましくは20,000〜500,000の範囲、
更に好ましくは30,000〜300,000の範囲で
ある。上記分子量が10,000を下回る場合には、機
械的強度が劣り、逆に1,000,000を上回る場合
は加工性が悪化するため好ましくない。上記PS−PL
の分子量において、原料である水酸基変性ポリスチレン
樹脂がリビングアニオン重合によって製造された分子内
に1個または2個しか水酸基を有さないポリスチレン樹
脂である場合は、数平均分子量は20,000〜30
0,000の範囲が好ましく、更に好ましくは30,0
00〜200,000の範囲である。上記樹脂の場合、
分子量が300,000を上回るには、原料の水酸基変
性ポリスチレン樹脂中の水酸基の数が非常に少なく製造
が困難となるため好ましくない。
用する押出機またはスタティックミキサー型重合装置と
しては、単軸押出機、2軸押出機、ニーダータイプ押出
機およびスタティックミキサー型重合装置を単独または
連続的に連結した装置を挙げることができる。上記スタ
ティックミキサー型重合装置とは駆動部のない攪拌機構
を有した装置で、通常、攪拌用エレメントを組み込んだ
管内にモノマーをポンプにて送り出し、流動と同時に攪
拌される機構のものを示す。具体的にはSulzer
Bros社製SMV,SMX、Wymbs Engin
eeringLtd.のEtoflo混合エレメントや
Transkem PlantのROSSエレメント、
Lightnin Mixers and Aerat
orsのLightnin混合エレメントおよび住友重
機械工業のスルザミキサー重合装置がある。
製造工程には原料の供給工程、ラクトンモノマーの開環
付加重合工程、また必要に応じて、カップリング化工
程、未反応ラクトンモノマーの除去工程等が含まれる。
原料の供給方法としては、(1)水酸基変性ポリスチレ
ン樹脂、ラクトンモノマーおよび重合触媒を同時に供給
口から供給する方法、(2)水酸基変性ポリスチレン樹
脂を供給口から、ラクトンモノマーおよび重合触媒をベ
ント口等の装置中間口から供給する方法および、(3)
水酸基変性ポリスチレン樹脂と重合触媒を供給口から、
ラクトンモノマーをベント口等の装置中間口から供給す
る方法等が挙げられる。また水酸基変性ポリスチレン樹
脂の供給時の状態としては、溶融状態であっても、粉末
やペレット状等の固体状態であっても、更にはラクトン
モノマー中に溶解または分散された状態であっても支障
ない。ラクトンモノマーの開環付加重合方法としては、
前記の原料の供給方法のいずれかの方法で供給された、
水酸基変性ポリスチレン樹脂10〜90重量部、ラクト
ンモノマー90〜10重量部(両者の合計100重量
部)、および重合触媒0.001〜1重量部を温度10
0〜280℃、好ましくは120〜240℃、更に好ま
しくは150〜200℃の範囲で、反応装置が押出機の
場合、1〜30分間、好ましくは2〜20分間、更に好
ましくは3〜10分間、反応装置がスタティックミキサ
ー型重合装置の場合、10分〜5時間、好ましくは20
分〜2時間、更に好ましくは30分〜1時間溶融混練す
る方法が挙げられる。水酸基変性ポリスチレン樹脂また
はラクトンモノマーのどちらかの仕込み割合が90重量
部を上回る場合は、得られるPS−PLの物理的および
化学的性質が、組成の多い側のホモポリマーの性質に似
かよってしまい、特徴が発揮されなくなるため好ましく
ない。重合触媒は、水酸基変性ポリスチレン樹脂とラク
トンモノマーの合計100重量部に対して、0.001
〜1重量部、好ましくは0.01〜0.5重量部、更に
好ましくは0.05〜0.1重量部添加する。上記添加
量が0.001重量部を下回る場合には、ラクトンモノ
マーの開環付加重合速度が遅く、逆に1重量部を上回る
と、得られたPS−PLの着色や、熱安定性が低下する
などの問題が生じ好ましくない。また重合温度が100
℃未満の場合、ラクトンモノマーの開環付加重合速度が
遅く、280℃を越える場合には、得られたPS−PL
が着色したり、熱分解、酸化劣化、加水分解等の好まし
くない分解反応が生じ好ましくない。反応時間が上記の
範囲下限を下回る場合には、ラクトンモノマーの重合率
が満足できるレベルではなく、後に未反応ラクトンモノ
マーを除去するとしても、労力や費用に要し、反応時間
が上記の範囲上限を上回る場合には、必要以上に加熱す
ることから、費用を要すばかりか、PS−PLの分解反
応が発生するなどの問題が生じ好ましくない。
融混練時に、必要に応じて、PS−PL同士のカップリ
ング化反応を行ってもよく、あるいは未反応のラクトン
モノマーを除去してもよく、更に溶融混練により得られ
るPS−PLから直接ペレット、繊維、フィルム、シー
ト、ボトル、その他の成形品を成形してもよい。これら
を適宜組み合わせることができる。
は、本発明における製造装置たる押出機またはスタティ
ックミキサー型重合装置の単独または複数を連続的に連
結した装置の中間から吐出口にかけての、好ましくは吐
出口に近いベント口等の仕込み口からカップリング剤を
添加し、PS−PLと溶融混練する方法が挙げられる。
れないが、具体的に例示すると多塩基酸誘導体、多価イ
ソシアネート化合物、多価エポキシ化合物および多価オ
キサゾリン化合物などが挙げられる。多塩基酸誘導体と
しては、多塩基酸またはこれらの多価エステル、モノエ
ステル、多価塩化物および無水物であり、シュウ酸、ア
ジピン酸、テレフタル酸、トリメリット酸、ピロメリッ
ト酸、および(メタ)アクリル酸の2〜10量体等の多
塩基酸、またはテレフタル酸ジメチル、モノメチルトリ
メリット酸、テレフタル酸ジクロリド、トリメリット酸
無水物、ピロメリット酸無水物等の前記多塩基酸の多価
エステル、モノエステル、多価塩化物および無水物が挙
げられる。多価イソシアネート化合物としては、2価お
よび3価のアルキレンイソシアネート、アリーレンイソ
シアネート、特にMDI(メチレンジフェニールジイソ
シアネート)およびTDI(トリレンジイソシアネー
ト)と称されるジイソシアネートやこれらのイソシアヌ
レートおよびヘキサメチレンジイソシアネート型イソシ
アヌレート等が好ましい。多価エポキシ化合物、多価オ
キサゾリン化合物としては、各種のジエポキシ化合物、
ジオキサゾリン化合物および分子内にエポキシ基または
オキサゾリン基を含有するポリマーなどが挙げられる。
これらのカップリング剤の中で、多塩基酸誘導体を用い
る場合は、カップリング化反応により生成する水、アル
コール、塩化水素等を除去するため、ベント口等から真
空度50Torr以下、好ましくは10Torr以下で脱気を行
う方法が好ましく用いられる。上記のカップリング剤の
仕込み量としては、カップリングさせるPS−PLの末
端水酸基の数に対するカップリング剤の反応官能数の総
数の比率として0.8〜1.2の範囲、好ましくは0.
9〜1.1の範囲、更に好ましくは設定可能のレベルで
1.0に近づけることが望ましい。前記比率が0.8〜
1.2の範囲外であると、カップリングされないPS−
PLの割合が増加するため、好ましくない。カップリン
グ化反応の温度および反応時間としては、100〜24
0℃好ましくは120〜200℃、更に好ましくは13
0〜180℃の温度で、本発明のPS−PL製造方法に
おいて溶融混練される時間全体の1/10〜1/100
程度の時間実施されることが望ましい。上記反応温度が
100℃未満であると反応速度が遅く、240℃を超え
るとPS−PLの着色等が起こり易くなり好ましくな
い。上記反応時間は、カップリング化反応が完結する最
短時間以上であれば、問題はほとんどなく、任意に設定
することができる。カップリング剤の添加時の状態につ
いては、適当量を正確に添加することが重要であり、カ
ップリング剤が固体または液体のどちらかの場合におい
ても、直接、またはラクトンモノマーまたは不活性溶媒
に溶解させるか固体の場合においては溶融状態で、定量
フィーダー、定量ポンプ等を利用して添加することが望
ましい。
ノマーを除去する方法としては、ベント口等から100
〜280℃、好ましくは120〜240℃、更に好まし
くは130〜200℃の温度、真空度50Torr以下、好
ましくは10Torr以下で、脱気する方法が好ましく用い
られる。温度が100℃未満で、真空度が50Torrを上
回る場合には、脱気速度が遅く、温度が280℃を上回
る場合には、得られたPS−PLが着色したり、熱分
解、酸化劣化、加水分解等の好ましくない分解反応が生
じ好ましくない。
じて公知の添加剤の任意量を混合することができる。添
加剤としては、ヒンダードフェノール系、リン系、チオ
エーテル系、アミン系などの酸化防止剤、ガラス繊維、
チタン酸カリファイバー、ガラスビーズ、シリカ、クレ
ー、炭酸カルシウム、タルク等の無機充填剤、顔料、紫
外線吸収剤、難燃剤、可塑剤、耐候剤等が挙げられる。
レット、繊維、フィルム、シート、ボトル、その他の成
形品に成形する方法としては、特に限定されず、従来か
らの既知の方法を採用することができる。
明するが、本発明は実施例のみに限定されるものではな
い。
ラクトンジブロック共重合体(PS−PCL)の製造』 リビングアニオン重合により得られた数平均分子量2
0,000の末端に1個の水酸基を有する水酸基変性ポ
リスチレン5kg、ε−カプロラクトンモノマー10k
gおよびモノブチルスズトリス(2−エチルヘキサネー
ト)3gを混合し、住友重機械工業(株)製小型スルザ
ミキサー型重合装置に10g/分の速度で供給し重合装
置内を180℃に保ち、平均滞留時間5時間で溶融混練
した。連続的に得られるPS−PCLのストランドをペ
レタイザーにてカッティングし、ペレットを得た。得ら
れたPS−PCLのGPC測定による数平均分子量は6
4,000、ペレット内に残存するε−カプロラクトン
モノマーはガスクロ分析の結果0.23%であった。
Lの製造』 実施例1で得られたポリスチレン−ポリカプロラクトン
ジブロック共重合体10kgを、押出機に200g/分
の速度で供給し、液体仕込み口から25%ヘキサメチレ
ンジイソシアネート型イソシアヌレートのトルエン溶液
を4g/分の速度で供給し、ベント口からトルエンを脱
気しながら、平均溶融混練時間3分間、温度160℃の
条件で混練を行った。得られたカップリング型PS−P
CLのGPC測定による数平均分子量は225,000
であった。
法に代わり、ブロック率の高いPS−PLを簡単な操作
で効率よく製造できることとなった。
Claims (2)
- 【請求項1】 水酸基変性ポリスチレン樹脂(A)10
〜90重量部、ラクトンモノマー(B)90〜10重量
部((A)と(B)の合計は100重量部である)およ
び重合触媒0.001〜1重量部を押出機またはスタテ
ィックミキサー型重合装置を用いて溶融混練することを
特徴とするポリスチレン−ポリラクトンブロック共重合
体の製造方法。 - 【請求項2】 水酸基変性ポリスチレン樹脂(A)10
〜90重量部、ラクトンモノマー(B)90〜10重量
部((A)と(B)の合計は100重量部である)およ
び重合触媒0.001〜1重量部を押出機またはスタテ
ィックミキサー型重合装置を用いて溶融混練し、生成し
たポリスチレン−ポリラクトンブロック共重合体にカッ
プリング剤を加えて更に溶融混練することを特徴とす
る、カップリングされたポリスチレン−ポリラクトンブ
ロック共重合体の製造方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP16456094A JP3419894B2 (ja) | 1994-06-23 | 1994-06-23 | ポリスチレン−ポリラクトンブロック共重合体の製造方法 |
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JPH083305A JPH083305A (ja) | 1996-01-09 |
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MY135206A (en) | 2002-01-11 | 2008-02-29 | Daicel Chem | Process of continuously producing polyester-based polymer |
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