JP6675331B2 - 難燃性ポリプロピレン組成物 - Google Patents
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Description
この難燃剤として、ポリリン酸やピロリン酸と窒素含有化合物の塩を主成分とする、燃焼時に表面膨張層(Intumescent)を形成し、分解生成物の拡散や伝熱を抑制することにより難燃性を発揮させるイントメッセント系難燃剤が優れた難燃性を有しており、例えば特許文献1に記載されている。しかしながら、特許文献1に記載の難燃性合成樹脂組成物は、フッ素系のドリップ防止剤を含有するため、樹脂本来の物性を損なう恐れがあった。
またフッ素系のドリップ防止剤を使用しなくとも、難燃剤の含有量が多いと、樹脂本来の物性を損なうという問題があり、さらには、樹脂組成物全体の質量が増え、省エネルギーの観点からも好ましくなく、難燃剤の含有量の少ない軽質量の樹脂組成物が必要とされていた。
また本発明の第2の目的は、優れた難燃性と、樹脂本来の優れた物性を有した軽質量の成形体を提供することにある。
すなわち本発明は、合成樹脂成分としてランダムコポリマーポリプロピレンを含有し、難燃剤成分として下記(A)成分及び(B)成分を含有する難燃性ポリプロピレン組成物を提供するものである。
(A)成分:オルトリン酸メラミン、ピロリン酸メラミン、ポリリン酸メラミンの群から、1種以上選択されるメラミン塩
(B)成分:オルトリン酸ピペラジン、ピロリン酸ピペラジン、ポリリン酸ピペラジンの群から、1種以上選択されるピペラジン塩
本発明の組成物は、好ましくは、UL−94V規格を満足する、つまりこの規格においてV−2以上の難燃性を有する。UL−94V規格は例えば、後述する実施例に記載の試験方法のように厚さ0.8mm以上3.2mm以下の試験片にて評価することが好ましい。 また、本発明においてポリプロピレン組成物とは、ポリプロピレンホモポリマー、ポリプロピレンコポリマー等のポリプロピレンの1種以上を含有する組成物を意味する。
まず本発明の難燃性ポリプロピレン組成物に用いられる合成樹脂成分について説明する。
ランダムコポリマーポリプロピレンとしては、重合されるモノマーとして、プロピレンに加えてエチレン又は/及びブテン−1を用いたランダム共重合体であればよい。つまりプロピレンにエチレンを共重合したプロピレンとエチレンのランダム共重合体であってもよく、プロピレンにブテン−1を共重合したプロピレンとブテン−1のランダム共重合体であってもよく、プロピレンにエチレンとブテン−1を共重合したプロピレンとエチレンとブテン−1のランダム共重合体であってもよい。
難燃性の点から、プロピレンとエチレンのランダム共重合体が好ましく、また難燃性の点から、共重合されるモノマーにエチレンを含む場合は該共重合されるモノマー中、エチレンが5.0質量%以下であるものが好ましい。特に、プロピレンとエチレンのランダム共重合体であって、共重合されるモノマー中エチレンが5.0質量%以下であるものが好ましい。
本発明の難燃剤成分として用いられる(A)成分のメラミン塩は、オルトリン酸メラミン、ピロリン酸メラミン、ポリリン酸メラミンの群から選択され、これらは単独でも混合物で使用されてもよい。これらの中でも難燃性の点からピロリン酸メラミンが好ましい。これらを混合物で使用する場合は、ピロリン酸メラミンの含有割合が高いほど好ましい。また、ピロリン酸メラミンの、ピロリン酸とメラミンの比は、モル比で1:2のものが好ましい。
本発明の難燃剤成分として用いられる(B)成分のピペラジン塩は、オルトリン酸ピペラジン、ピロリン酸ピペラジン、ポリリン酸ピペラジンの群から選択され、これらは単独でも混合物で使用されてもよい。これらの中でも難燃性の点から、ピロリン酸ピペラジンが好ましく、混合物で使用する場合は、ピロリン酸ピペラジンの含有割合が高いほど好ましい。また、ピロリン酸ピペラジンの、ピロリン酸とピペラジンの比は、モル比で1:1のものが好ましい。
本発明の難燃性ポリプロピレン組成物は、さらに難燃剤成分(C)成分として、酸化亜鉛を含有することが好ましい。
該酸化亜鉛は表面処理されていてもよい。酸化亜鉛は市販品を使用することができ、例えば、酸化亜鉛1種(三井金属鉱業(株)製)、部分被膜型酸化亜鉛(三井金属鉱業(株)製)、ナノファイン50(平均粒径0.02μmの超微粒子酸化亜鉛:堺化学工業(株)製)、ナノファインK(平均粒径0.02μmの珪酸亜鉛被膜した超微粒子酸化亜鉛:堺化学工業(株)製)等があげられる。
本発明に用いられるスチレン系熱可塑性エラストマーとしては、スチレン及び/又はα−メチルスチレンと他の単量体(例えば、無水マレイン酸、フェニルマレイミド、メタクリル酸メチル、ブタジエン、アクリロニトリル等)との共重合体、例えば、アクリロニトリル−スチレン(AS)樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)樹脂、メタクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン(MBS)樹脂、耐熱ABS樹脂、アクリロニトリル−アクリレート−スチレン(AAS)樹脂、スチレン−無水マレイン酸(SMA)樹脂、メタクリレート−スチレン(MS)樹脂、スチレン−イソプレン−スチレンSIS)樹脂、アクリロニトリル−エチレンプロピレンゴム−スチレン(AES)樹脂、スチレン−ブタジエン−ブチレン−スチレン(SBBS)樹脂、メチルメタクリレート−アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(MABS)樹脂等の熱可塑性樹脂、並びに、これらのブタジエンあるいはイソプレンの二重結合を水素添加したスチレン−エチレン−ブチレン−スチレン(SEBS)樹脂、スチレン−エチレン−プロピレン−スチレン(SEPS)樹脂、スチレン−エチレン−プロピレン(SEP)樹脂、スチレン−エチレン−エチレン−プロピレン−スチレン(SEEPS)樹脂等の水素添加スチレン系エラストマー樹脂が挙げられ、これらは単独でも複数のブレンド物でも使用可能である。中でも、難燃性の点から、水素添加スチレン系エラストマー樹脂が好ましく、特にスチレン−エチレン−ブチレン−スチレン(SEBS)樹脂、スチレン−エチレン−プロピレン−スチレン(SEPS)樹脂が好ましい。
これらシランカップリング剤の中でも、二次凝集の抑制や、耐水性、耐熱性の点から、エポキシ基を有するシランカップリング剤が好ましい。
更に、本発明の難燃性ポリプロピレン組成物には、必要に応じて滑剤を配合することも好ましい。このような滑剤としては、流動パラフィン、天然パラフィン、マイクロワックス、合成パラフィン、低分子量ポリエチレン、ポリエチレンワックス等の純炭化水素系滑剤;ハロゲン化炭化水素系滑剤;高級脂肪酸、オキシ脂肪酸等の脂肪酸系滑剤;脂肪酸アミド、ビス脂肪酸アミド等の脂肪酸アミド系滑剤;脂肪酸の低級アルコールエステル、グリセリド等の脂肪酸の多価アルコールエステル、脂肪酸のポリグリコールエステル、脂肪酸の脂肪アルコールエステル(エステルワックス)等のエステル系滑剤;金属石鹸、脂肪アルコール、多価アルコール、ポリグリコール、ポリグリセロール、脂肪酸と多価アルコールの部分エステル、脂肪酸とポリグリコール、ポリグリセロールの部分エステル系の滑剤や、シリコーンオイル、鉱油等が挙げられる。
上記その他の無機系難燃助剤としては、例えば、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、二酸化チタン、ハイドロタルサイトなどの無機化合物、及びその表面処理品が挙げられる。その具体例としては、例えば、TIPAQUE R−680(石原産業(株)製酸化チタンの商標)、キョーワマグ150(協和化学工業(株)製酸化マグネシウムの商標)、DHT−4A(ハイドロタルサイト:協和化学工業(株)製)、アルカマイザー4(協和化学工業(株)製亜鉛変性ハイドロタルサイトの商標)、などの種々の市販品を用いることができる。
上記フェノール系酸化防止剤としては、例えば、2,6−ジ第三ブチル−p−クレゾール、2,6−ジフェニル−4−オクタデシロキシフェノール、ジステアリル(3,5−ジ第三ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ホスホネート、1,6−ヘキサメチレンビス〔(3,5−ジ第三ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオン酸アミド〕、4,4'−チオビス(6−第三ブチル−m−クレゾール)、2,2'−メチレンビス(4−メチル−6−第三ブチルフェノール)、2,2'−メチレンビス(4−エチル−6−第三ブチルフェノール)、4,4'−ブチリデンビス(6−第三ブチル−m−クレゾール)、2,2'−エチリデンビス(4,6―ジ第三ブチルフェノール)、2,2'−エチリデンビス(4−第二ブチル−6−第三ブチルフェノール)、1,1,3−トリス(2−メチル−4−ヒドロキシ−5−第三ブチルフェニル)ブタン、1,3,5−トリス(2,6−ジメチル−3−ヒドロキシ−4−第三ブチルベンジル)イソシアヌレート、1,3,5−トリス(3,5−ジ第三ブチル−4−ヒドロキシベンジル)イソシアヌレート、1,3,5−トリス(3,5−ジ第三ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−2,4,6−トリメチルベンゼン、2−第三ブチル−4−メチル−6−(2−アクリロイルオキシ−3−第三ブチル−5−メチルベンジル)フェノール、ステアリル(3,5−ジ第三ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、テトラキス〔3−(3,5−ジ第三ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオン酸メチル〕メタン、チオジエチレングリコールビス〔(3,5−ジ第三ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、1,6−ヘキサメチレンビス〔(3,5−ジ第三ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、ビス〔3,3−ビス(4−ヒドロキシ−3−第三ブチルフェニル)ブチリックアシッド〕グリコールエステル、ビス〔2−第三ブチル−4−メチル−6−(2−ヒドロキシ−3−第三ブチル−5−メチルベンジル)フェニル〕テレフタレート、1,3,5−トリス〔(3,5−ジ第三ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオニルオキシエチル〕イソシアヌレート、3,9−ビス〔1,1−ジメチル−2−{(3−第三ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオニルオキシ}エチル〕−2,4,8,10−テトラオキサスピロ〔5,5〕ウンデカン、トリエチレングリコールビス〔(3−第三ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオネート〕等が挙げられる。
これらフェノール系酸化防止剤の配合量は、難燃性ポリプロピレン組成物中の合成樹脂成分100質量部に対して、0.001〜10質量部が好ましく、0.05〜5質量部がより好ましい。
これらチオエーテル系酸化防止剤の配合量は、難燃性ポリプロピレン組成物中の合成樹脂成分100質量部に対して、0.001〜10質量部が好ましく、0.05〜5質量部がより好ましい。
これら紫外線吸収剤の配合量は、難燃性ポリプロピレン組成物中の合成樹脂成分100質量部に対して、0.001〜30質量部が好ましく、0.05〜10質量部がより好ましい。
本発明の難燃性ポリプロピレン組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で、任意成分として強化材を配合してもよい。この強化材としては、通常合成樹脂の強化に用いられる繊維状、板状、粒状、粉末状のものを用いることができる。具体的には、ガラス繊維、アスベスト繊維、炭素繊維、グラファイト繊維、金属繊維、チタン酸カリウムウイスカー、ホウ酸アルミニウムウイスカー、マグネシウム系ウイスカー、珪素系ウイスカー、ワラステナイト、セピオライト、アスベスト、スラグ繊維、ゾノライト、エレスタダイト、石膏繊維、シリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維、ジルコニア繊維、窒化硼素繊維、窒化硅素繊維及び硼素繊維等の無機繊維状強化材、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、アクリル繊維、再生セルロース繊維、アセテート繊維、ケナフ、ラミー、木綿、ジュート、麻、サイザル、亜麻、リネン、絹、マニラ麻、さとうきび、木材パルプ、紙屑、古紙及びウール等の有機繊維状強化材、ガラスフレーク、非膨潤性雲母、グラファイト、金属箔、セラミックビーズ、クレー、マイカ、セリサイト、ゼオライト、ベントナイト、ドロマイト、カオリン、微粉ケイ酸、長石粉、チタン酸カリウム、シラスバルーン、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、酸化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、二酸化チタン、ケイ酸アルミニウム、石膏、ノバキュライト、ドーソナイト及び白土等の板状や粒状の強化材が挙げられる。これらの強化材は、エチレン/酢酸ビニル共重合体等の熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂で被覆又は集束処理されていてもよく、アミノシランやエポキシシラン等のカップリング剤等で処理されていてもよい。
本発明の難燃性ポリプロピレン組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で、任意成分として層状ケイ酸塩を配合してもよい。層状ケイ酸塩としては、モンモリロナイト、サポナイト、ヘクトライト、バイデライト、スティブンサイト、ノントロナイト等のスメクタイト系粘土鉱物、バーミキュライト、ハロイサイト、膨潤性マイカ、タルク等が挙げられ、その層間に、有機カチオン、第4級アンモニウムカチオン、ホスホニウムカチオンがインターカレートされているものでもよい。
多価カルボン酸エステル系可塑剤の具体例としては、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジヘプチル、フタル酸ジベンジル、フタル酸ブチルベンジル等のフタル酸エステル、トリメリット酸トリブチル、トリメリット酸トリオクチル、トリメリット酸トリヘキシル等のトリメリット酸エステル、アジピン酸ジイソデシル、アジピン酸n−オクチル−n−デシル、アジピン酸メチルジグリコールブチルジグリコール、アジピン酸ベンジルメチルジグリコール、アジピン酸ベンジルブチルジグリコール等のアジピン酸エステル、アセチルクエン酸トリエチル、アセチルクエン酸トリブチル等のクエン酸エステル、アゼライン酸ジ−2−エチルヘキシル等のアゼライン酸エステル、セバシン酸ジブチル、及びセバシン酸ジ−2−エチルヘキシル等のセバシン酸エステル等を挙げることができる。
その他の可塑剤の具体例としては、ネオペンチルグリコールジベンゾエート、ジエチレングリコールジベンゾエート、トリエチレングリコールジ−2−エチルブチレート等の脂肪族ポリオールの安息香酸エステル、ステアリン酸アミド等の脂肪酸アミド、オレイン酸ブチル等の脂肪族カルボン酸エステル、アセチルリシノール酸メチル、アセチルリシノール酸ブチル等のオキシ酸エステル、ペンタエリスリトール、各種ソルビトール、ポリアクリル酸エステル及びパラフィン類等を挙げることができる。
本発明において可塑剤を使用する場合は、1種のみを使用しても、2種以上を併用してもよい。
また本発明の難燃性ポリプロピレン組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、ドリップ防止剤を配合することも可能であるが、フッ素系ドリップ防止剤の配合は、環境への負荷を考慮したノンハロゲンという観点から好ましくなく、さらに、ランダムコポリマーポリプロピレンの持つ物性を落とす恐れがあるため好ましくない。フッ素系ドリップ防止剤の例としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレン等のフッ素系樹脂やパーフルオロメタンスルホン酸ナトリウム塩、パーフルオロ−n−ブタンスルホン酸カリウム塩、パーフルオロ−t−ブタンスルホン酸カリウム塩、パーフルオロオクタンスルホン酸ナトリウム塩、パーフルオロ−2−エチルヘキサンスルホン酸カルシウム塩等のパーフルオロアルカンスルホン酸アルカリ金属塩化合物又はパーフルオロアルカンスルホン酸アルカリ土類金属塩等が挙げられる。
その他、本発明の難燃性ポリプロピレン組成物には、必要に応じて通常合成樹脂に使用される添加剤、例えば、架橋剤、帯電防止剤、金属石鹸、充点剤、防曇剤、プレートアウト防止剤、表面処理剤、蛍光剤、防黴剤、殺菌剤、発泡剤、金属不活性剤、離型剤、顔料、加工助剤等を、本発明の効果を損なわない範囲で、配合することができる。
本発明の難燃性ポリプロピレン組成物には、樹脂成分として、ランダムコポリマーポリプロピレン、前記したスチレン系熱可塑性エラストマー以外の合成樹脂を配合してもよい。このような合成樹脂の例としては、ホモポリプロピレン、ブロックコポリマーポリプロピレン、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖低密度ポリエチレン、架橋ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、ポリブテン−1、ポリ−3−メチルペンテン等のα−オレフィン重合体又はエチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−エチルアクリレート共重合体、エチレン−プロピレン共重合体等のポリオレフィン及びこれらの共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩素化ポリエチレン、塩素化ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、塩化ゴム、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−エチレン共重合体、塩化ビニル−塩化ビニリデン共重合体、塩化ビニル−塩化ビニリデン−酢酸ビニル三元共重合体、塩化ビニル−アクリル酸エステル共重合体、塩化ビニル−マレイン酸エステル共重合体、塩化ビニル−シクロヘキシルマレイミド共重合体等の含ハロゲン樹脂;石油樹脂、クマロン樹脂、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルアルコール、ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラール;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレート等のポリアルキレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート等のポリアルキレンナフタレート等の芳香族ポリエステル及びポリテトラメチレンテレフタレート等の直鎖ポリエステル;ポリヒドロキシブチレート、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネート、ポリ乳酸樹脂、ポリリンゴ酸、ポリグリコール酸、ポリジオキサン、ポリ(2−オキセタノン)等の分解性脂肪族ポリエステル;ポリフェニレンオキサイド、ポリカプロラクタム及びポリヘキサメチレンアジパミド等のポリアミド、ポリカーボネート、分岐ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリフェニレンサルファイド、ポリウレタン、繊維素系樹脂等の熱可塑性樹脂及びこれらのブレンド物あるいはフェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン樹脂、シリコーンゴムポリエーテルスルホン、ポリサルフォン、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー等を挙げることができる。更に、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム等が挙げられる。さらに合成樹脂の具体例を挙げると、オレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ニトリル系熱可塑性エラストマー、ナイロン系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー等が挙げられる。
これら合成樹脂は、1種のみ使用してもよく、2種以上を使用してもよい。また合成樹脂はアロイ化されていてもよい。
本発明の難燃性ポリプロピレン組成物の製造に際し、ランダムコポリマーポリプロピレンに(A)、及び(B)成分、必要に応じて更に(C)成分を配合するタイミングは特に制限されない。例えば、予め(A)〜(C)成分の中から選択される2種以上をワンパック化してからランダムコポリマーポリプロピレンに配合してもよく、又は各々の成分をランダムコポリマーポリプロピレンに対して配合してもよい。
ワンパック化する場合には、各成分を予め各々粉砕してから混合してもよく、又は予め各成分を混合してから粉砕してもよい。ランダムコポリマーポリプロピレン以外の樹脂や他の任意成分を配合する場合も同様である。
本発明の成形体は、難燃性と樹脂物性、軽量化の点から、その密度が1020kg/m3以下が好ましく、1010kg/m3以下がより好ましく、1005kg/m3以下がさらにより好ましい。また本発明の成形体の密度の下限としては、製造の容易性の観点から、900kg/m3以上が好ましく、950kg/m3以上がより好ましい。
〔実施例1〜4及び比較例1〜12〕
下記表1及び2記載の成分配合で、難燃性ポリプロピレン組成物を調整し、次いで難燃性ポリプロピレン組成物を、200〜230℃で押し出してペレットを製造し、これを使用して200℃で射出成型し、長さ127mm、幅12.7mm、厚さ1.6mmの試験片を得た。この試験片を用いて難燃性試験として、下記試験方法で、UL−94V試験を行った。結果を表1及び2に示す。
また実施例2の試験片の質量と体積を測定し、計算により成形体の密度を算出した。結果を表1に示す。
また比較例4及び8の試験片の質量と体積を測定し、計算により成形体の密度を算出した。結果を表1に示す。
長さ127mm、幅12.7mm、厚さ1.6mmの試験片を垂直に保ち、下端にバーナーの火を10秒間接炎させた後で炎を取り除き、試験片に着火した火が消える時間を測定した。次に、火が消えると同時に2回目の接炎を10秒間行ない、1回目と同様にして着火した火が消える時間を測定した。また、落下する火種により試験片の下の綿が着火するか否かについても同時に評価した。
1回目と2回目の燃焼時間、綿着火の有無等からUL−94V規格にしたがって燃焼ランクをつけた。燃焼ランクはV−0が最高のものであり、V−1、V−2となるにしたががって難燃性は低下する。但し、V−0〜V−2のランクの何れにも該当しないものはNRとする。
Claims (4)
- 合成樹脂成分として、プロピレンとエチレンのランダム共重合体であってメルトフローレートが8g/10min以上50g/10min以下であるランダム共重合体(共重合されるモノマー中エチレンが5質量%以上であるものを除く)を40〜85質量%含有し、難燃剤成分として下記(A)成分を前記ランダム共重合体100質量部に対して5質量部以上及び(B)成分を前記ランダム共重合体100質量部に対して10質量部以上含有する難燃性ポリプロピレン組成物であって、下記(A)成分及び(B)成分の合計量が組成物中、((20/101.6)×100)質量%以下であり、且つ酸化亜鉛を下記(A)成分及び(B)成分の合計量100質量部に対して0.01〜10質量部含有する難燃性ポリプロピレン組成物。
(A)成分:オルトリ酸メラミン、ピロリン酸メラミン、ポリリン酸メラミンの群から、1種以上選択されるメラミン塩
(B)成分:オルトリン酸ピペラジン、ピロリン酸ピペラジン、ポリリン酸ピペラジンの群から、1種以上選択されるピペラジン塩 - 更に合成樹脂成分として、スチレン系熱可塑性エラストマーを含有する請求項1に記載の難燃性ポリプロピレン組成物。
- 請求項1又は2に記載された難燃性ポリプロピレン組成物の成形体。
- 密度が1020kg/m3以下である請求項3記載の成形体。
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