JPH03212418A - ポリオキシメチレンコポリマー - Google Patents

ポリオキシメチレンコポリマー

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JPH03212418A
JPH03212418A JP645890A JP645890A JPH03212418A JP H03212418 A JPH03212418 A JP H03212418A JP 645890 A JP645890 A JP 645890A JP 645890 A JP645890 A JP 645890A JP H03212418 A JPH03212418 A JP H03212418A
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Kazuhiko Matsuzaki
一彦 松崎
Hirohisa Morishita
森下 広久
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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コポリマーに関する。更に
詳しくは、本発明は限定された主鎖組成と、特別な末端
基組成とを有するポリオキシメチレンコポリマーに関す
るものである。
[従来の技術] ポリオキシメチレンコポリマー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事
によって得られる。米国特許3.027,352号公報
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コポリマーの
記述がある。
米国特許3,337,503号公報には、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
事が開示されている。
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。
またホルムアルデヒド、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(水素引抜き反応
)が起こり、重合体の主鎖が切断されると同時に、切断
された末端は、メトキシ基とフォルメート基となる事が
知られている。
一方トリオキサンとエチレンオキシドとの共重合時には
、水、メタノール等の水酸基を有する化合物が連鎖移動
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。この場合には、重合体の末
端はヒドロキシエトキシ基となる。
[発明が解決しようとする課題] 本発明のポリオキシメチレンコポリマーは優れた機械物
性と、優れた安定性とを併せ持つ重合体である。
従来の技術で合成されたポリアセタールホモポリマー、
ポリアセタールコポリマーは、機械物性に優れるか、あ
るいは安定性に優れるかのいずれかの特性を有するのみ
であった。即ちホルムアルデヒドまたはトリオキサンを
単独重合して得られるポリアセタールホモポリマーの機
械物性は優れているが、安定性は不良である。一方ホル
ムアルデヒドまたはトリオキサンとアルキレンオキシド
または環状ホルマールとを共重合して得られるポリアセ
タールコポリマーの安定性は優れているが、機械物性は
不良である。
本発明の目的は優れた機械物性と優れた安定性とを併せ
持つポリオキシメチレンコポリマーを提供する事にある
[課題を解決するための手段及び作用]本発明のポリオ
キシメチレンコポリマーは、限定された主鎖組成と特別
な末端基組成とを有している。限定された主鎖組成と特
別な末端基組成とを有する場合のみ、優れた機械物性と
優れた安定性とを併せ持つポリオキシメチレンコポリマ
ーが得られる。これらの組成の一方もしくは両方が欠け
た場合には、これらの二つの優れた性能は実現されない
すなわち、本発明は、オキシメチレン単位(−CH2O
−)の繰り返しよりなる重合体中に・オキシアルキレン
単位 R,。
(RO,R’。:同−又は異なって水素、アルキル基、
フェニル基より選ばれる。nは1以上の整数であって、
n=1の割合がオキシアルキレン単位全体の95 mo
I!%以上、n≧2の割合がオキシアルキレン単位全体
の5 moj!%以下、m=2〜6)がオキシメチレン
単位100mail当り、0.1〜0.5mof挿入さ
れた構造を有し、且つ重合体の末端基が、メトキシ基、
ヒドロキシアルコキシ基、フォルメート基より成り、ヒ
ドロキシアルコキシ基の比率がオキシメチレン単位10
0moj当り2.Ox 10−2mob以下であり、数
平均分子量が10,000から100,000の間にあ
るポリオキシメチレンコポリマー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コポリマーは、ホルムアル
デヒドもしくはトリオキサンと、一般式で表わされる環
状エーテル、もしくは、一般式A で表わされる環状ホルマールとを共重合する事によって
得る事が出来る。また本発明の重合体はポリアセタール
ホモポリマーと上記の環状エーテルもしくは、環状ホル
マールとをカチオン触媒の存在下で反応させる事によっ
ても得る事が出来る。
本発明の重合体を合成す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、スチレンオキシド等が挙げ
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、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−ベ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等が挙げられる
ここで重要なポイントは、重合体中のオキシアルキレン
単位のシーフェンスである。即ちオキシアルキレン単位
は、ブロックとならずに、出来つる限り単独で重合体中
に分散する事が、安定性を向上させる観点から必要であ
る。すなわちオキシアルキレン単位のシーフェンスを表
わすnは、n=1の割合がオキシアルキレン単位全体の
95 moi)%以上、n≧2の割合がオキシアルキレ
ン単位全体の5 mo1%以下の範囲にある事が必要で
ある。n=1の割合が95 noρ%未満となる場合に
は、安定性とりわけ熱安定性と種々の化学薬品に対する
安定性が低下する。
この様なオキシアルキレン単位のシーフェンスは、以下
の手法で達成することができる。
ホルムアルデヒドまたはトリオキサンと環状エーテルま
たは環状ホルマールとをカチオン触媒の存在下100℃
以下の温度で十分混合し、あらかじめ環状中間体を生成
させる。単独で存在する環状エーテル、環状ホルマール
に対して、環状中間体中にとり込まれた環状エーテル、
環状ホルマールの比率が高(なればなる程、オキシアル
キレン単位の分散は良好となる。その意味で単独で存在
する環状エーテル、環状ホルマールの比率を5moI!
%以下にする事によって、オキシアルキレン基の分散は
良好となる。
この様にあらかじめ生成せしめた環状中間体と、ホルム
アルデヒド、またはトリオキサンとを共重合させると安
定性の良好なポリオキシメチレンコポリマーを得る事が
出来る。
重合体中のオキシアルキレン基のシーフェンスは以下の
方法で確認される。
重合体を1/ION HC1’水溶液中で12O℃で2
時間加水分解させると、オキシメチレン単位はホルムア
ルデヒドとなり、オキシアルキレン単位は、R,。
て水素、アルキル基、フェニル基より選ばれる。
nは1以上の整数。m=2〜6)で表わされるアルキレ
ングリコールとなる。アルキレングリコールをガスクロ
マトグラフィー、液体クロマトグラフィーを用いて分析
・定量する事によって、nを決定する事が出来る。
また次に重要なポイントは、オキシアルキレン単位の挿
入率である。即ち重合体中のオキシアルキレン単位の挿
入率が、オキシメチレン単位100moj!当り、0.
1〜0.5moj!の範囲にある場合にのみ、機械物性
と安定性の両物性に優れる。オキシアルキレン単位の挿
入率が0 、1moj未満の場合には、安定性とりわけ
化学薬品に対する安定性が低下する。一方オキシアルキ
レン単位の挿入率が0.5moi+を越える場合には、
機械物性の低下が顕著となる。この様に極めて限定され
たオキシアルキレン単位の挿入率の範囲にある場合にの
み、ポリオキシメチレンコポリマーの機械物性と安定性
の両物性が優れる。これは実に驚くべき発見である。
重合体中のオキシアルキレン単位の挿入率は前述の重合
体の加水分解法を用いて決定する事が出来る。
次にオキシアルキレン単位の炭素数mは、2〜6の範囲
にある事が必要である。mが1の場合、得られた重合体
はポリオキシメチレンホモポリマーであり、安定性に欠
ける。一方mが7以上の場合、得られた重合体の機械物
性の低下が顕著になる。
本発明の重合体の末端基構造及び末端基組成も極めて重
要なポイントである。
本発明の重合体の末端基としては、メトキシ基(−〇C
H3) 、ヒドロキシアルコキシ基R。
水素、アルキル基、フェニル基より選ばれる。
m=2〜f3)、フォルメート基(−0C:HO) (
7)ミカ許容される。これらの基以外の末端基、例えば
、水酸基(−OH) 、アセテート基(−0COCHx
)等の場合には安定性が不良となり、本発明の重合体の
末端基としては不適である。
またメトキシ基、ヒドロキシアルコキシ基。
フォルメート基より成る末端基中に占めるヒドロキシア
ルコキシ基の比率も重要なポイントである。即ち、ヒド
ロキシアルコキシ基の比率がオキシメチレン単位100
moJ当り、2. OX 10−”moI!以下である
必要がある。2.Ox 10−2mor!を越えると安
定性とりわけ熱安定性が不良となる。
ここで末端基の分析は以下の手法で行なわれる。
■メトキシ基:改良ツァイゼル法を用いて定量、オキシ
メチレン基100moj)当りのメトキシ基の比率なγ
(moj))で表わす。
■ヒドロキシアルコキシ基:重合体を無水酢酸でアセチ
ル化し、ヒドロキシアルコキシ基をアセは同−又は異な
って水素、アルキル基、フェニル基より選ばれる。m=
、2〜6)に変換する。次いで赤外線吸収スペクトルを
用いて、1755cm−’のアセチル基のカルボニル基
の吸光度と1470cl’のオキシメチル基の吸光度を
測定する。オキシメチレン基100moR当りのヒドロ
キシアルコキシ基の比率(α)は次の式を用いて算出す
る。
■フォルメート基:赤外線吸水スペクトル法を用いて1
710cm−’のフォルメート基のカルボニル基を分析
、定量する。オキシメチレン基100mof当りのフォ
ルメート基の比率(β)は次の式を用いて算出する。
本発明のポリオキシメチレンコポリマーの数平均分子量
は、10,000から100,000の間にある事が必
要である。数平均分子量が10,000未満の場合には
、機械物性が不良となる。一方数平均分子量が100.
000を越える場合には、成形加工性が不良となる。本
発明の重合体の数平均分子量は通常末端基定量法を用い
て決定される。即ち、末端のメトキシ基、ヒドロキシア
ルコキシ基、フォルメート基を定量する事によって、数
平均分子量を決定する事が出来る。即ちα、β、γを定
量し、次式に従ってMnを計算する。
[実施例] 以下実施例により本発明の重合体を詳細に説明する。尚
実施例中の測定項目は次の通りである。
■引張強度:ポリオキシメチレンコポリマー100部に
、酸化防止剤2.2−メチレン−ビス(4−メチル−6
−tert−ブチルフェノール) 0.30部、熱安定
剤ナイロン8,60.10部を添加し、30mmφ二軸
押出機を用いてベレット化した。このペレットを試験片
に成形し、ASTM D−638に準じて引張強度を測
定した。引張強度は機械物性の尺度である。
■Rv:ポリオキシメチレンコボリマー100部を、1
 mmHg真空下、230℃で100分間加熱し、残存
する重合体の重量を測定した。残存重量を%で表わす。
Rvの高い方が熱安定性は良好である。
■BS:ポリオキシメチレンコボリマ−100部に35
0部のベンジルアルコール及び10部のトリブチルアミ
ン混合溶媒を加え、加圧下で140℃、1時間加熱する
。次いで2,000部のメタノール中にポリオキシメチ
レンコポリマーを含む混合溶媒を加え、重合体を沈澱せ
しめた。重合体を濾過により分離し、アセトンで十分重
合体を洗滌した。次いで真空下、80℃、5時間重合体
を乾燥し、重量を測定した。残存重量を%で表わす。B
Sの高い方が塩基性物質(化学薬品)に対する安定性は
高い。
実施例1 (1)ポリオキシメチレンコポリマーの製造無水のトリ
オキサン1,150gr 、エチレンオキシド4.40
gr、メチラール2.53grを2枚のΣ羽根を有する
ニーダーに入れ70℃に昇温した。次いで三弗化ホウ素
ジブチルエーテレート0.05grを加え反応を開始し
た。215秒経過したところで、ニーダ−の内容物をサ
ンプリングし、ガスクロマトグラフィー、液体クロマト
グラフィーを用いて分析した所、エチレンオキシドは全
て以下の環状化合物に変化していた。(濃度分析値より
計算)1.3−ジオキソラン         0.0
42moJ1.3.5−トリオキセパン       
0.033mo!!1.3,5.7−チトラオキサシク
ロノナン 0.025mailこの段階でニーダ−の内
容液は透明であり、重合体の生成は認められなかった。
反応開始後230秒経過したところで、三弗化ホウ素ジ
ブチルエーテレート0.15grを更に加え、反応を継
続した。三弗化ホウ素ジブチルエーテレートの追添加と
同時に、ニーダ−の内容物は白濁し、重合体が生成した
兆候を示した。
反応開始後650秒経過したところで、トリブチルアミ
ン150grを加えて反応を停止した。ニゲ−の内容物
を取り出し、アセトンで未反応物を抽出し分析したとこ
ろ以下の結果を得た。
トリオキサン     130  grl、3−ジオキ
’) ラン0.080grホルムアルデヒド   31
  gr また抽出後の重合体の重量は993grであった。
次いでこの重合体に水2.500gr 、  トリエチ
ルアミン50grを加え、130℃で1時間加熱した。
重合体を濾過により分離し、洗滌・乾燥する事によって
、ポリオキシメチレンコポリマー988grを得た。
(2)ポリオキシメチレンコポリマーの構造の確認■ 
(1)で得た重合体100grを300mj+の1/l
0NHC1)水溶液中12O℃で2時間加熱した。この
加熱操作により、オキシメチレン単位は全てホルムアル
デヒドとなった。分析の結果ホルムアルデヒド量は、9
9.56grであった。また重合体中のオキシエチレン
単位は、n=1の場合はエチレングリコール、n=2の
場合はジエチレングリコール、n=3の場合はトリエチ
レングリコールとなる。
分析の結果、エチレングリコールが0.623gr検出
されたが、ジエチレングリコール、トリエチレングリコ
ールは検出されなかった。
従ってこの重合体の主鎖の組成は次の様になる。
オキシメチレン単位  100 moj)オキシエチレ
ン単位  0.30moj!またオキシエチレン単位の
シーフェンスは次の様になる。
n=1  →c)+2c)+2o→−100moi)%
n≧2 →C1(2C82O刊−〇moJ%■ (1)
で得た重合体の末端メトキシ基を改良ツアイゼル法を用
いて測定したところ、オキシメチレン基100moj+
当りのメトキシ基の比率(γ)は、γ= 12.40 
x 10−2moj!であった。
また重合体を熱プレスし15μのフィルムとし、赤外線
吸収スペクトルを用いて、末端フォルメート基を測定し
、n= 2.03 X 10−2moj+の結果を得た
重合体を無水酢酸を用いてアセチル化した後、熱プレス
を用いて、15μのフィルムを作成した。
このフィルムの末端ヒドロキシエトキシ基を、赤外線吸
収スペクトルを用いて測定し、α= 1.01x10−
2moj!の結果を得た。
■この重合体の数平均分子量(M n)は、次式に従っ
て計算する。
(3)ポリオキシメチレンコポリマーの物性(1)で得
た重合体の引張強度は72Okg/cm2であり、非常
に優れたものであった。この優れた機械物性は、オキシ
エチレン単位の挿入率が0.30moRである事に由来
する。
また(1)で得た重合体のRvは、99.9%であり、
熱安定性は非常に浸れていた。また(1)で得た重合体
のBSは99.9%であり、化学薬品に対する安定性は
極めて良好であった。これらの優れた安定性は、オキシ
エチレンの挿入率、オキシエチレン基のシーフェンス(
n=1が100moJ%)、末端基構造及び組成(a 
= 1.01x 10−2mojりに由来する。
実施例2〜6 (1)ボ、リオキシメチレンコボリマーの製造エチレン
オキシドを、第1表に記した添加量に変更した他は、全
て実施例1で用いた試薬を使用し、実施例1と同様に操
作し、ポリオキシメチレンコポリマーを得た。
(2)ポリオキシメチレンコポリマーの構造の確認実施
例1で用いた試薬を用い、実施例1と同様に操作する事
によって、オキシエチレン単位の挿入率、オキシエチレ
ン単位のシーフェンス、末端基構造及び組成(α、β、
γ)、数平均分子量を測定した。結果を第1表に示した
(3)ポリオキシメチレンコポリマーの物性(1)で得
た重合体の引張強度、 Rv、 BSを測定し、第1表
に結果を示した。本実施例の重合体は、機械物性と安定
性との両物性に優れている。
比較例1〜5 (米国特許3,027,352号公報の
方法) (1)ポリアセタール重合体の製造 トリオキサン1,150gr 、第1表に示す量のエチ
レンオキシド、メチクール2.53grを2枚のΣ羽根
を有するニーダ−に入れ、70℃に昇温した。次いで三
弗化ホウ素ジブチルエーテレート0.38grを加え重
合反応を開始した。三弗化ホウ素ジブチルエーテレート
の添加後10秒でニーダ−の内容物は白濁し、重合体が
生成した兆候を示した。
重合反応開始後650秒経過したところで、トリブチル
アミン150grを加えて反応を停止した。
ニーダ−の内容物を取り出し、アセトンで十分洗滌した
後、乾燥する事によって重合体を得た。次いでこの重合
体に水2,500gr 、  トリエチルアミン75g
rを加え、130℃で2時間加熱した。重合体を濾過に
より分離し、洗滌・乾燥する事によりポリアセタール重
合体を得た。
(2)ポリアセタール重合体の構造の確認実施例1で用
いた試薬を用い、実施例1と同様に操作する事によって
、オキシエチレン単位の挿入率、オキシエチレン単位の
シーフェンス、末端基構造及び組成(α、β、γ)、数
平均分子量を測定した。結果を第1表に示した。
(3)ポリアセタール重合体の物性 (1)で得たポリアセタール重合体の引張強度。
Rv、 BSを測定し、第1表に結果を併せて示した。
比較例1の重合体の機械物性は優れているが、安定性は
不良である。一方比較例2〜4の重合体の機械物性は不
良であり、安定性も良好とは言い難いレベルにある。
比較例5の重合体は機械物性は優れているが、安定性は
良好と言いがた〈実施例のレベルとは差がある。
比較例6〜8 (1)ポリアセタール重合体の製造 エチレンオキシドを、第1表に記した添加量に変更した
他は全て実施例1で用いた試薬を使用し、実施例1と同
様に操作し、ポリアセタール重合体を得た。
(2)ポリアセタール重合体の構造の確認実施例1で用
いた試薬を用い、実施例1と同様に操作する事によって
、構造の確認を行なった。
結果を第1表に併せて示した。
(3)ポリアセタール重合体の物性 (1)で得た重合体の物性を測定し、第1表に結果を併
せて示した。比較例6,7の重合体のオキシエチレン単
位のシーフェンス(n)、末端基の組成(α)は改善さ
れており、その結果として安定性も改良されている。し
かしながらオキシエチレン単位の挿入率が過多であるた
め、機械物性が不良である。
また比較例8の重合体はオキシエチレン単位のシーフェ
ンス(n)、末端基組成は改善されているが、オキシエ
チレン基の挿入量が小さすぎる為、安定性が不良であっ
た。
比較例9 (1)ポリアセクール重合体の製造 メチクール2.53grに替えて、メチクール2.1g
r。
水0.15grに変更した他は全て実施例1で用いた試
薬を使用し、実施例1と同様に操作し、ポリアセタール
重合体を得た。
(2)ポリアセタール重合体の構造の確認実施例1で用
いた試薬を用い、実施例1と同様に操作する事によって
、構造の確認を行なった結果を第1表に併せて示した。
(3)ポリアセタール重合体の物性 (1)で得たポリアセタール重合体の物性を測定し、第
1表に結果を併せて示した。末端基のヒドロキシアルコ
キシ基の比率(α)が大きい為、安定性に劣る重合体が
得られた。
比較例10.11 (1)ポリアセタール重合体の製法 比較例10においては、メチクールの量を10grにし
た他は、実施例1と同様に操作し重合体を得た。
比較例11においては、メチクールを添加せずに実施例
1と同様に操作し、更に実施例1における反応開始後2
30秒経過した時点での三弗化ホウ素ジブチルエーテレ
ートの追播を行なわない以外は実施例1と同様に操作し
重合体を得た。
(2)ポリアセタール重合体の構造の確認実施例1で用
いた試薬を用い、実施例1と同様に操作する事によって
、構造の確認を行なった結果を第1表に併せて示した。
(3)ポリアセタール重合体の物性 (1)で得た重合体の物性を測定し、第1表に示した。
比較例10は分子量が低く、機械強度が不良であり、比
較例11は分子量が高すぎ、通常成形条件では成形が困
難で機械物性の測定が出来なかった。
実施例7〜15 (1)ポリオキシメチレンコポリマーの製造エチレンオ
キシドに代えて第2表に示す環状ホルマールを所定量用
いた他は、全て実施例1で用いた試薬を使用し、実施例
1と同様に操作し、ポリオキシメチレンコポリマーを得
た。
(2)ポリオキシメチレンコポリマーの構造の確認実施
例1で用いた試薬を用い、実施例1と同様に操作する事
によって、構造の確認を行なった。
結果を第2表に示した。
(3)ポリオキシメチレンコポリマーの物性(1)で得
た重合体の物性を測定し、第2表に結果を示した。本実
施例の重合体は、機械物性と安定性との両物性に優れて
いる。
比較例12〜13 (1)ポリアセタール重合体の製造 エチレンオキシドに代えてエチレングリコールホルマー
ルを所定量用いた他は全て比較例1で用いた試薬を使用
し、比較例1と同様に操作し、ポリアセタール重合体を
得た。
(2)ポリアセタール重合体の構造の確認比較例1で用
いた試薬を用い、比較例1と同様に操作する事によって
、構造の確認を行なった。
結果を第2表に併せて示した。
(3)ポリアセタール重合体の物性 (1)で得た重合体の物性を測定し、第2表に結果を併
せて示した。
驚くべき事には、エチレングリコールホルマールを用い
ても、比較例1の手法では、オキシエチレン基のシーフ
ェンスにブロック性が見られる。
また本重合体の末端基のα値は高く、その結果として、
機械物性及び安定性の両物性とも劣ったものとなってい
る。
[発明の効果] 本発明のポリオキシメチレンコポリマーは機械物性及び
安定性の両物性に優れている。従来のポリアセタールホ
モポリマー、コポリマーの特長を兼ね備えた本発明の重
合体は、新しい用途に用いられて、新市場を形成する。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)オキシメチレン単位(−CH_2O−)の繰り返
    しよりなる重合体中に、オキシアルキレン単位 ▲数式、化学式、表等があります▼ (Ro、R’o:同一又は異なって水素、アルキル基、
    フェニル基より選ばれる。nは1以上の整数で、n=1
    の割合がオキシアルキレン単位全体の95mol%以上
    、n≧2の割合がオキシアルキレン単位全体の5mol
    %以下、m=2〜6)がオキシメチレン単位100mo
    l当り、0.1〜0.5mol挿入された構造を有し、
    且つ重合体の末端基が、メトキシ基、ヒドロキシアルコ
    キシ基、フォルメート基よりなり、ヒドロキシアルコキ
    シ基の比率がオキシメチレン単位100mol当り2.
    0×10^−^2mol以下であり、数平均分子量が1
    0,000から100,000の間にあるポリオキシメ
    チレンコポリマー。
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JP2011516702A (ja) * 2008-04-16 2011-05-26 ティコナ ゲーエムベーハー オキシメチレンコポリマー及びその使用並びにオキシメチレンコポリマーの製造方法
JP2013001710A (ja) * 2011-06-10 2013-01-07 Asahi Kasei Chemicals Corp ポリアセタールブロックコポリマー

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