JP5481792B2 - クロロスルホン化ポリエチレン、その製造法及び用途 - Google Patents

クロロスルホン化ポリエチレン、その製造法及び用途 Download PDF

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Description

本発明は分子量分布が特徴的なクロロスルホン化ポリエチレン、その製造法及び用途に関するものである。
ポリエチレンを塩素化及びクロロスルホン化して製造されるクロロスルホン化ポリエチレンは耐候性、耐オゾン性、耐炎性、耐油性、機械的強度及び明色度等に優れる。そのため、例えば自動車用ホース、ガスホース、工業用ホース、電線被覆、引布、パッキン、ガスケット、ロール或いはライニング等の各種工業用部品、ゴムボート、ライフジャケット、ウインドーブレーカー、エスカレーターの手摺及び接着剤等として使用されている。同ハロゲン系エラストマーのクロロプレンゴムと比較してもその耐熱性、耐候性、耐オゾン性は優れており、さらにワンランク高性能な特殊ゴムとして位置づけられている。
これらの優れた性質を持つにもかかわらず、クロロスルホン化ポリエチレン組成物は作業性や加工性が劣る。例として、密閉式混練機による混練作業の際に内部に粘着しやすいこと、押出加工において組成物の一部がダイに付着すること、ヘタリ率が大きいことが挙げられる。
このため、クロロスルホン化ポリエチレンを加工する際には各種石鹸、多価アルコール、低分子量ポリエチレン、脂肪酸エステル、ワックス等の加工助剤の添加による加工性の改善が図られている(例えば、特許文献1,特許文献2参照)。
しかしながら、このような添加剤による加工性の改良は限界があり、添加剤を多用することは機械物性の低下及び接着性の不良等を引き起こすため好ましくない。
このため、機械物性を損なわない、クロロスルホン化ポリエチレンの作業性や加工性の改良が望まれている。
特許第3619913号公報 特許第3770701号公報
本発明の目的は、従来技術の問題点を解決するために、組成物のバンバリー排出性と押出機のダイ掃除性が良好で、押出成形した加硫物のヘタリ率が小さく、かつ加硫物の引張応力が大きいクロロスルホン化ポリエチレンを提供することにある。
本発明者らは従来技術の問題点を解決するために、クロロスルホン化ポリエチレンの分子量分布に着目し鋭意検討を行った結果、本発明を完成するに至ったものである。即ち、本発明は、Z平均分子量(Mz)/重量平均分子量(Mw)の比が6.0以上であり、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の比が2.0〜7.0であるクロロスルホン化ポリエチレンである。
以下に本発明を詳細に説明する。
本発明のクロロスルホン化ポリエチレンは、Z平均分子量(Mz)/重量平均分子量(Mw)の比が6.0以上であり、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の比が2.0〜7.0である。
ここに、Z平均分子量(Mz)とは、高分子物質の平均分子量の一種で、分子量の高い分子種の存在を鋭敏に反映する平均分子量であり、「ポリマー中に含まれる分子量Mの分子の数をNとするとき、Z平均分子量は、Mz=ΣM /ΣM で定義される平均分子量であり、沈降平衡法などから求められる。」(新版高分子辞典、第236頁〜第237頁)と記載されているものである。重量平均分子量(Mw)は、Mw=ΣM /ΣMと定義される(新版高分子辞典、第417頁)。数平均分子量(Mn)は、Mn=ΣM/ΣNと定義される(新版高分子辞典、第417頁)。また、Z平均分子量(Mz)/重量平均分子量(Mw)の比とは、Z平均分子量(Mz)を重量平均分子量(Mw)で除したものであり、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の比とは、重量平均分子量(Mw)を数平均分子量(Mn)で除したものである。
本発明におけるクロロスルホン化ポリエチレン及びその原料となるポリエチレンの分子量は一般的なGPC(ゲルパーミエイションクロマトグラフィー)装置で測定可能である。
本発明のクロロスルホン化ポリエチレンのZ平均分子量(Mz)/重量平均分子量(Mw)の比は6.0以上であり、組成物のバンバリー排出性が良好であると共に押出成形した加硫物のヘタリ率が小さい。クロロスルホン化ポリエチレンのZ平均分子量(Mz)/重量平均分子量(Mw)の比が6.0未満の場合はバンバリー混練後、組成物が自然に排出されにくく、装置内に組成物が残る。
更に本発明のクロロスルホン化ポリエチレンの重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の比は2.0〜7.0であり、組成物の押出機のダイ掃除性が良好で且つ加硫物の引張応力が大きい。クロロスルホン化ポリエチレンの重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の比が2.0未満の場合はバンバリー混練後、組成物が自然に排出されにくく、装置内に組成物が残る。クロロスルホン化ポリエチレンの重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の比が7.0を超える場合は加硫物の引っ張り強度が小さい。
本発明のクロロスルホン化ポリエチレンは、Z平均分子量(Mz)/重量平均分子量(Mw)の比が5.0以上であり、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の比が2.0〜10.0であるポリエチレンを原料として塩素化又はクロロスルホン化することから得られるものである。ブレンドした後にポリエチレンの分子量分布が上記範囲内であれば、本発明のクロロスルホン化ポリエチレンの原料として好適に使用される。
本発明のクロロスルホン化ポリエチレンの原料となるポリエチレンの分子量分布は、クロロスルホン化ポリエチレンの分子量及び分子量分布を制御する重要因子であるため、Z平均分子量(Mz)/重量平均分子量(Mw)の比が5.0以上であり、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の比が2.0〜10.0以下であることが必要である。
原料であるポリエチレンは、一般的に高温高圧下にてラジカル重合で低密度ポリエチレンが製造され、比較的温和な条件にて重合触媒を用いた配位アニオン重合で高密度ポリエチレンが製造され、エチレンと1−ブテンや1−ヘキセンなどのα−オレフィンの共重合によって直鎖状低密度ポリエチレンが製造される。低密度ポリエチレンには過酸化物等のラジカル開始剤が、高密度ポリエチレンや直鎖状低密度ポリエチレンにはZiegler−Natta触媒と呼ばれる塩化チタンと有機アルミニウム化合物からなる触媒や酸化クロム等のクロム化合物が触媒として用いられる。メタロセン触媒の使用により分子量や組成が非常に均一なポリマーを製造することができる。
ポリエチレンの密度については、高い耐熱性や耐油性が求められる用途においては930kg/m以上の高密度ポリエチレンが好適に使用され、高い低温特性が求められる用途においては930kg/m未満の直鎖状低密度ポリエチレンが好適に使用される。
本発明のクロロスルホン化ポリエチレンを得る方法は、ポリエチレンを塩素化及びクロロスルホン化するものであり、例えば、ポリエチレンをクロロホルム、トリクロロエタン、テトラクロロエタン、モノクロロベンゼン、クロロフルオロベンゼン等のハロゲン化反応に不活性な溶媒に溶解させて均一系で行う溶液法、ポリエチレンを溶媒に懸濁させて反応させる懸濁法、ポリエチレンを気相に浮遊させて反応を行なう気相法などが挙げられる。これらのうち、ゴムの柔軟性を考慮した場合、溶液法が好ましい。用いられる塩素化剤及びクロロスホン化剤としては、塩素と亜硫酸ガスの併用、塩素と塩化スルフリルとの併用、塩化スルフリル単独などが挙げられる。
溶液法によるクロロスルホン化ポリエチレンの一般的な製造方法を以下に示す。
ポリエチレンを溶媒に溶解、均一溶液とした後、ラジカル発生剤と塩化スルフリルを反応溶液へ添加することから反応を行う。反応温度は特に制限するものではないが、30℃〜180℃であり、反応の圧力は特に制限するものではないが、常圧〜1.0メガパスカルが適当である。反応中は発生する塩化水素および亜硫酸ガスを連続的に反応系外へパージする。ラジカル発生剤としては、α、α’−アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスシクロヘキサンカルボニトリル、2、2’−アゾビス(2、4−ジメチルバレロニトリル)等のアゾ系ラジカル発生剤や過酸化ベンゾイル、過酸化t−ブチル、過酸化アセチル等の有機過酸化物系ラジカル発生剤がある。また、ラジカル発生剤を用いる代わりに紫外線を照射してもよい。塩化スルフリルを用いて反応を行う場合には、クロロスホン基を付加させるために、必要に応じてピリジン、キノリン、ジメチルアニリン、ニコチン、ピペリジン等のアミン化合物を助触媒として用いる。
溶解するポリエチレンの量については特に制限するものではないが、反応時の粘度を適切に維持するため5〜30重量%であることが望ましい。反応の終了後、溶液中に溶存している塩化水素および亜硫酸ガスを溶媒の還流下、窒素等の不活性ガスを吹き込むことによって反応系外に除く。必要に応じて安定剤としてエポキシ化合物を添加する。得られたクロロスルホン化ポリエチレンの溶液は、水蒸気蒸留、ドラム乾燥、押し出し乾燥等によってポリマーと溶媒が分離される。
本発明のクロロスルホン化ポリエチレンを用いた加硫物は、配合、混練及び加硫を同条件で行った場合、同等のムーニー粘度を示す他のクロロスルホン化ポリエチレン加硫物より引張応力が大きい。
本発明のクロロスルホン化ポリエチレンは、自動車用ホース、ガスホース、工業用ホース、電線被覆、引布、パッキン、ガスケット、ロール、ライニング、ゴムボート、ライフジャケット、ウインドーブレーカー、エスカレーターの手摺又は接着剤等への使用に十分適応するために、クロロスルホン化ポリエチレン100重量部に、以下の配合比で配合剤を混合して得られるクロロスルホン化ポリエチレン組成物を、以下の100%引張応力の測定方法で測定した100%引張応力が5.4MPa以上であることが好ましい。
<配合比>
酸化マグネシウム:4重量部、特殊エステル系ワックス(花王株式会社製:スプレンダー(商標)R−300):2重量部、SRFカーボン:40重量部、活性化炭酸カルシウム:30重量部、ジ−n−オクチル・フタレート:20重量部
<100%引張応力の測定方法>
密閉式混練機(神戸製鋼所社製OOC型4.3Lバンバリーミキサー)にて63rpmで3分間混練した後、10インチオープンロールにてジペンタメチレンチラウムテトラスルフィド(大内新興化学工業社製:ノクセラー(商標)TRA)2重量部及びペンタエリスリトール(日本合成化学工業社製:ノイライザー(商標)P)3重量部を加えて40℃で10分間混練する。次にその組成物を150mm×150mm×2mmのモールドを用い、圧力15MPa、温度160℃で8分プレス加硫する。JIS−K−6251に準拠して、その加硫ゴムシートを3号ダンベルで打ち抜き、500mm/minで引っ張ることにより100%引張応力を測定する。
本発明のクロロスルホン化ポリエチレンを用いた加硫物は、配合、混練及び加硫を同条件で行った場合、同等のムーニー粘度を示す他のクロロスルホン化ポリエチレン加硫物よりヘタリ率が小さい。
本発明のクロロスルホン化ポリエチレンは、自動車用ホース、ガスホース、工業用ホース、電線被覆、引布、パッキン、ガスケット、ロール、ライニング、ゴムボート、ライフジャケット、ウインドーブレーカー、エスカレーターの手摺又は接着剤等への使用に十分適応するために、クロロスルホン化ポリエチレン100重量部に、以下の配合比で配合剤を混合して得られるクロロスルホン化ポリエチレン組成物を、以下のヘタリ率の測定方法で測定したヘタリ率が5%以下であることが好ましい。
<配合比>
酸化マグネシウム:4重量部、エステル系ワックス:2重量部、SRFカーボン:40重量部、活性化炭酸カルシウム:30重量部、ジ−n−オクチル・フタレート:20重量部
<ヘタリ率の測定方法>
密閉式混練機(神戸製鋼所社製OOC型4.3Lバンバリーミキサー)にて63rpmで3分間混練する。次に、12インチオープンロールにて組成物をまとめた後、8インチオープンロールにてジペンタメチレンチラウムテトラスルフィド(大内新興化学工業社製:ノクセラー(商標)TRA)2重量部及びペンタエリスリトール(日本合成化学工業社製:ノイライザー(商標)P)3重量部を加えて40℃で10分間混練する。その組成物をASTM−D−2230のガーベダイ押出試験に準拠し、押出部を14mmφ丸棒とし、L/D=8/1、回転数:15rpm、温度:シリンダー;70℃、ヘッド;70℃、ダイ:80℃で押出成形する。押出成形10分後の重力方向の直径(d)と、これを160℃で20分、缶加硫した後の重力方向の直径(D)から以下の式を用いてヘタリ率を算出する。
(d−D)/d×100
本発明のクロロスルホン化ポリエチレンの塩素量は特に限定されないが、耐寒性及び屈曲疲労性を維持するため、5.0〜50.0重量%が好ましい。
また、本発明のクロロスルホン化ポリエチレンの硫黄量は、架橋点として作用するクロロスルホン基の量を示す尺度であるり、特に限定されないが、有用な機械強度と、十分な引張強さ、引張応力及び破断時伸びを得るため、0.3〜3.0重量%が好ましい。
本発明のクロロスルホン化ポリエチレンには加硫剤、加硫促進剤、受酸剤、可塑剤、補強剤、充填剤、加工助剤、老化防止剤等が必要に応じて加えられる。
加硫剤としては、例えば、酸化マグネシウム、リザージ等の無機加硫剤、N,N’−m−フェニレンジマレイミド等のマレイミド化合物、ジクミルペルオキシド等の有機酸化物等が挙げられる。加硫促進剤としては、例えば、ジペンタメチレンチウラムテトラスルフィド、テトラメチルチラウムジスルフィド、テトラエチルチラウムジスルフィド等のチウラム化合物、6−エトキシ−1,2−ジヒドロ−2,2,4−トリメチルキノリン、ジブチルジチオカルバミン酸、2−メルカプトベンズイミダゾール等が挙げられる。受酸剤としては、例えば、酸化マグネシウム、リサージ、水酸化カルシウム等の金属酸化物や金属水酸化物、ハイドロタルサイト等が挙げられる。可塑剤としては、例えば、フタル酸ジ(2−エチルヘキシル)、セバシン酸(ジ2−エチルヘキシル)、トリメトリット酸トリス(2−エチルヘキシル)等が挙げられる。補強剤、充填剤としては、例えば、カーボンブラック、ホワイトカーボン、炭酸カルシウム、クレー、タルク等が挙げられる。加工助剤としては、例えば、低分子量ポリエチレン、金属石鹸、ステアリン酸等が挙げられる。老化防止剤としては、例えば、アミン系老化防止剤等やフェノール系老化防止剤等が挙げられる。
これらをロール又はバンバリーミキサー等で配合及び混練した後、プレス加硫、蒸気加硫、高周波(UHF)加硫或いは電子線加硫等が行われる。
本発明のクロロスルホン化ポリエチレンは、組成物のバンバリー排出性及び押出機のダイ掃除性が良好であり、押出成形品の加硫物のヘタリ率が小さく、加硫物の引張特性が大きいため、従来のクロロスルホン化ポリエチレンが使用可能な自動車用ホース、ガスホース、工業用ホース、電線被覆、引布、パッキン、ガスケット、ロール又はライニング等の各種工業用部品、ゴムボート、ライフジャケット、ウインドーブレーカー、エスカレーターの手摺又は接着剤に好適に使用される。
以上のように本発明のクロロスルホン化ポリエチレンは、組成物のバンバリー排出性及び押出機のダイ掃除性が良好で、押出成形した加硫物のヘタリ率が小さく、かつ加硫物の引張応力が大きい効果を奏するものである。
以下、本発明について実施例を用いて更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
以下の方法に従い、各種物性を測定した。
<密度>
クロロスルホン化ポリエチレンの原料となるポリエチレンの密度は、JIS−K−6790(1995)に準拠し、測定した。
<メルトフロレート(MFR)>
クロロスルホン化ポリエチレンの原料となるポリエチレンのメルトフロレート(MFR)は、JIS−K−6922−1に準拠し、190℃、荷重21.18Nの条件で測定した。
<高密度ポリエチレンの分子量>
高密度ポリエチレンの分子量はゲルパーミエイションクロマトグラフ法により、以下の測定条件で測定した。
カラム:東ソー株式会社製GMHHhr−H(20)×3本、溶媒:1,2,4−トリクロロベンゼン(HPLC用)+ビスヒドロキシトルエン(0.05wt%)、流速:1.0mL/分、カラム温度:140℃、試料濃度:1.0mg/ml、検出器:東ソー株式会社製HLC−8121GPC/HT、検出法:RI法、検量線:ポリエチレン換算。
<クロロスルホン化ポリエチレンの分子量>
クロロスルホン化ポリエチレンの分子量はゲルパーミエイションクロマトグラフ法により、以下の測定条件で測定した。
カラム:東ソー(株)製GMH6を2本にXLを1本接続、溶媒:テトラヒドロフラン、流速:1.2mL/分、圧力:44〜45kg/cm、温度:38℃、試料濃度:0.01重量%、検出器:東ソー株式会社製HLC−82201GPC、検出法:RI法、検量線:ポリスチレン換算。
<重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)及びZ平均分子量(Mz)>
重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)及びZ平均分子量(Mz)は、クロマトグラムから線分法により既知のポリスチレンによる検量線から換算することにより求められる。
<塩素量、硫黄量>
クロロスルホン化ポリエチレンの塩素量及び硫黄量は、燃焼フラスコ法にて測定した。
塩素量の測定は、最初に、吸収液として1.7重量%硫酸ヒドラジニウム水溶液15mLを入れた燃焼フラスコ内でクロロスルホン化ポリエチレン約30mgを酸素燃焼法に従い燃焼させ、30分静置した。次に、この吸収液を純水約100mLで洗い出し、濃度0.05Nの硝酸銀水溶液で電位差滴定法により塩素イオンを定量した。
一方、硫黄量の測定は、最初に、吸収液として3重量%の過酸化水素水10mLを入れた燃焼フラスコ内でクロロスルホン化ポリエチレン約30mgを酸素燃焼法に従い燃焼させ、30分静置した。次に、この吸収液を純水約40mLで洗い出した後、酢酸1mL、2−プロパノール約100mL、アルセナゾIII約0.47mLを加え、濃度0.01Nの酢酸バリウム溶液で光度滴定法により硫黄量を測定した。
<ムーニー粘度>
クロロスルホン化ポリエチレンのムーニー粘度は、JIS−K−6300−1に準拠し、100℃でL形ローターを用い予熱1分、ローター始動後4分の粘度を測定した。
<バンバリー排出性>
クロロスルホン化ポリエチレン組成物のバンバリー排出性の評価は次の方法で行った。
最初に、クロロスルホン化ポリエチレン100重量部に、下記の配合比で配合剤を混合し、密閉式混練機(神戸製鋼所社製OOC型4.3Lバンバリーミキサー)にて63rpmで3分間混練した。混練後、バンバリー底部を開いた際の排出性を、◎:自然に排出、○:大部分自然に排出するが付着物少しあり、×:自然に排出しない、の3段階で評価した。
<押出機のダイ掃除性及びヘタリ率>
クロロスルホン化ポリエチレン組成物の押出機のダイ掃除性及びヘタリ率の評価は次の方法で行った。
最初に、クロロスルホン化ポリエチレン100重量部に、下記の配合比で配合剤を混合し、密閉式混練機(神戸製鋼所社製OOC型4.3Lバンバリーミキサー)にて63rpmで3分間混練した。次に、12インチオープンロールにて組成物をまとめた後、8インチオープンロールにてジペンタメチレンチラウムテトラスルフィド(大内新興化学工業社製:ノクセラー(商標)TRA)2重量部及びペンタエリスリトール(日本合成化学工業社製:ノイライザー(商標)P)3重量部を加えて40℃で10分間混練した。その組成物をASTM−D−2230のガーベダイ押出試験に準拠し、押出部を14mmφ丸棒とし、L/D=8/1、回転数:15rpm、温度:シリンダー;70℃、ヘッド;70℃、ダイ:80℃で押出成形した。この押出成形時のダイ掃除性を、◎:付着物なし、○:付着物少しあり、×:付着物ありの3段階で評価した。ヘタリ率は押出成形10分後の重力方向の直径(d)と、これを160℃で20分、缶加硫した後の重力方向の直径(D)から下式を用いて算出した。
(d−D)/d×100
<引張物性及び硬さ>
クロロスルホン化ポリエチレン加硫物の引張物性及び硬さの評価は、次の方法で行った。
最初に、クロロスルホン化ポリエチレン100重量部に、下記の配合比で配合剤を混合し、
密閉式混練機(神戸製鋼所社製OOC型4.3Lバンバリーミキサー)にて63rpmで3分間混練した後、10インチオープンロールにてジペンタメチレンチラウムテトラスルフィド(大内新興化学工業社製:ノクセラー(商標)TRA)2重量部及びペンタエリスリトール(日本合成化学工業社製:ノイライザー(商標)P)3重量部を加えて40℃で10分間混練した。次にその組成物を150mm×150mm×2mmのモールドを用い、圧力15MPa、温度160℃で30分プレス加硫した。JIS−K−6251に準拠して、その加硫ゴムシートを3号ダンベルで打ち抜き、500mm/minで引っ張ることにより100%引張応力、破断強度、破断伸びを測定した。一方、JIS−K−6253に準拠して、タイプAデュロメータで硬さを測定した。
(配合)
酸化マグネシウム(協和化学工業社製:キョーワマグ(商標)150)
4重量部
特殊エステル系ワックス(花王社製:スプレンダー(商標)R−300)
2重量部
SRFカーボン(東海カーボン社製:シースト(商標)S) 40重量部
活性化炭酸カルシウム(白石工業社製:白艶化CC) 30重量部
ジ−n−オクチル・フタレート(新日本理化社製:サンソサイザー(商標)nDOP) 20重量部
<実施例で使用するポリエチレンの合成例>
本発明の実施例で使用するエチレン重合体の合成法は、例えば特開2005−206777号公報に記載されている方法、すなわち、少なくとも2種類のメタロセン化合物を含む触媒を用いてエチレンを重合させる方法またはエチレンとα−オレフィンを共重合させる方法である。
本発明の実施例で使用するポリエチレンの合成に使用する有機化合物で処理された粘土鉱物の調製、エチレン系重合体製造用触媒の調製、エチレン系重合体の製造および溶媒精製は全て不活性ガス雰囲気下で行った。有機化合物で処理された粘土鉱物の調製、エチレン系重合体製造用触媒の調製、エチレン系重合体の製造に用いた溶媒等は全て予め公知の方法で精製、乾燥、脱酸素を行ったものを用いた。ビス(インデニル)ジルコニウムジクロリドおよびジフェニルメチレン(3−トリメチルシリルシクロペンタジエニル−9−フルオレニル)ジルコニウムジクロライドは公知の方法により合成、同定したものを用いた。トリイソブチルアルミニウムのヘキサン溶液(0.714M)は東ソーファインケム(株)製を用いた。
ポリエチレンの合成例1
(有機化合物で処理された粘土鉱物の調製)
水3.0Lにエタノール3.0Lと37%濃塩酸250mLを加えた後、得られた溶液にN,N−ジメチル−オクタデシルアミン330g(1.1mol)を添加し、60℃に加熱することによって、塩酸塩溶液を調製した。この溶液にヘクトライト1.0kgを加えた。この懸濁液を60℃で、3時間撹拌し、上澄液を除去した後、60℃の水5Lで洗浄した。その後、60℃、10−3torrで24時間乾燥し、ジェットミルで粉砕することによって、平均粒径4.5μmの変性ヘクトライトを得た。元素分析の結果、変性ヘクトライト1g当たりのイオン量は0.85mmolであった。
(エチレン重合体製造触媒の調製)
ビス(インデニル)ジルコニウムジクロリド7.85g(20.0mmol)をヘキサン2.07Lに懸濁させ、トリイソブチルアルミニウムのヘキサン溶液(0.714M)2.93Lを添加し、ビス(インデニル)ジルコニウムジクロリドとトリイソブチルアルミニウムの接触生成物を得た。この接触生成物に(有機化合物で処理された粘土鉱物の調製)で調製した変性ヘクトライト500gを添加し、60℃で3時間攪拌した後、静置して上澄み液を除去、トリイソブチルアルミニウムのヘプタン溶液(0.03M)で洗浄した。さらにトリエチルアルミニウムのヘキサン溶液(0.15M)を添加して触媒前駆体スラリー(100g/L)とした。この前駆体スラリーにジフェニルメチレン(3−トリメチルシリルシクロペンタジエニル−9−フルオレニル)ジルコニウムジクロライド1.89g(3.0mmol)を加え25℃で8時間攪拌しエチレン重合体製造触媒スラリー(100g/L)を得た。
(エチレン重合体の製造)
内容積300Lの重合器に、ヘキサンを105kg/時で、エチレンを30kg/時で、水素を45NL/時で、および上記(エチレン重合体製造触媒の調製)で調製したエチレン重合体製造触媒を連続的に供給した。また、トリイソブチルアルミニウムを液中の濃度が0.19mmol/kgヘキサンとなるように連続的に供給した。重合温度は85℃に制御した。重合器で生成したエチレン重合体を含むスラリーは未反応ガスを除去後、遠心分離機でエチレン重合体とヘキサンに分離され、エチレン重合体を連続的に乾燥した。
4時間毎に抜き出したエチレン重合体は115kgであり、触媒活性は22900g/g触媒であった。
得られたエチレン重合体の密度は962kg/mであり、MFRは4.1g/10分であった。また、Mw=95,000であり、Mw・Mn=6.4であった。
ポリエチレンの合成例2
内容積300Lの重合器に、ヘキサンを135kg/時で、エチレンを30kg/時で、1−ブテンを1kg/時で、水素を13NL/時で、およびポリエチレンの合成例1の(エチレン重合体製造触媒の調製)で調製したエチレン重合体製造触媒を連続的に供給した。また、トリイソブチルアルミニウムを液中の濃度が0.19mmol/kgヘキサンとなるように連続的に供給した。重合温度は85℃に制御した。重合器で生成したエチレン共重合体を含むスラリーは未反応ガスを除去後、遠心分離機でエチレン共重合体とヘキサンに分離され、エチレン共重合体を連続的に乾燥した。
4時間毎に抜き出したエチレン共重合体は118kgであり、触媒活性は25500g/g触媒であった。
得られたエチレン共重合体の密度は943kg/mであり、MFRは2.0g/10分であった。また、Mw=110,000であり、Mw/Mn=4.1であった。
ポリエチレンの合成例3
ヘキサンを135kg/時で、水素を95NL/時で連続的に供給したこと以外はポリエチレンの合成例1の(エチレン重合体の製造)と同じ方法でエチレン重合体を製造した。
4時間毎に抜き出したエチレン重合体は118kgであり、触媒活性は17200g/g触媒であった。
得られたエチレン重合体の密度は961kg/mであり、MFRは5.2g/10分であった。また、Mw=88,000であり、Mw/Mn=5.5であった。
ポリエチレンの合成例4
ヘキサンを135kg/時で、水素を85NL/時で連続的に供給したこと以外はポリエチレンの合成例1の(エチレン重合体の製造)と同じ方法でエチレン重合体を製造した。
4時間毎に抜き出したエチレン重合体は114kgであり、触媒活性は15400g/g触媒であった。
得られたエチレン重合体の密度は968kg/mであり、MFRは2.8g/10分であった。また、Mw=100,000であり、Mw/Mn=9.2であった。
<比較例1及び比較例2で使用するポリエチレンの合成例>
本発明の比較例1及び比較例2で使用するエチレン重合体の製造法は、例えば特開平7−224106号公報に記載されている方法、すなわち、メタロセン触媒を用いてエチレンを重合させる方法またはエチレンとα−オレフィンを共重合させる方法である。
ポリエチレンの合成に使用する有機化合物で処理された粘土鉱物の調製、エチレン系重合体製造用触媒の調製、エチレン系重合体の製造および溶媒精製は全て不活性ガス雰囲気下で行った。有機化合物で処理された粘土鉱物の調製、エチレン系重合体製造用触媒の調製、エチレン系重合体の製造に用いた溶媒等は全て予め公知の方法で精製、乾燥、脱酸素を行ったものを用いた。ビス(インデニル)ジルコニウムジクロリドは公知の方法により合成、同定したものを用いた。トリイソブチルアルミニウムのヘキサン溶液(0.714M)は東ソーファインケム(株)製を用いた。
ポリエチレンの合成例5
(有機化合物で処理された粘土鉱物の調製)
水3.0Lにエタノール3.0Lと37%濃塩酸250mLを加えた後、得られた溶液にN,N−ジメチル−オクタデシルアミン330g(1.1mol)を添加し、60℃に加熱することによって、塩酸塩溶液を調製した。この溶液にヘクトライト1.0kgを加えた。この懸濁液を60℃で、3時間撹拌し、上澄液を除去した後、60℃の水5Lで洗浄した。その後、60℃、10−3torrで24時間乾燥し、ジェットミルで粉砕することによって、平均粒径4.5μmの変性ヘクトライトを得た。元素分析の結果、変性ヘクトライト1g当たりのイオン量は0.85mmolであった。
(エチレン重合体製造触媒の調製)
ビス(インデニル)ジルコニウムジクロリド7.85g(20.0mmol)をヘキサン2.07Lに懸濁させ、トリイソブチルアルミニウムのヘキサン溶液(0.714M)2.93Lを添加し、ビス(インデニル)ジルコニウムジクロリドとトリイソブチルアルミニウムの接触生成物を得た。この接触生成物に(有機化合物で処理された粘土鉱物の調製)で調製した変性ヘクトライト500gを添加し、60℃で3時間攪拌した後、静置して上澄み液を除去、トリイソブチルアルミニウムのヘプタン溶液(0.03M)で洗浄した。さらにトリエチルアルミニウムのヘキサン溶液(0.15M)を添加してエチレン重合体製造触媒スラリー(100g/L)とした。
(エチレン共重合体の製造)
内容積300Lの重合器に、ヘキサンを105kg/時で、エチレンを25kg/時で、1−ブテンを0.4kg/時で、水素を22NL/時で、および上記(エチレン重合体製造触媒の調製)で調製したエチレン重合体製造触媒を連続的に供給した。また、トリイソブチルアルミニウムを液中の濃度が0.19mmol/kgヘキサンとなるように連続的に供給した。重合温度は85℃に制御した。重合器で生成したエチレン共重合体を含むスラリーは未反応ガスを除去後、遠心分離機でエチレン共重合体とヘキサンに分離され、エチレン共重合体を連続的に乾燥した。
4時間毎に抜き出したエチレン共重合体は100kgであり、触媒活性は23300g/g触媒であった。
得られたエチレン共重合体の密度は950kg/mであり、MFRは14.8g/10分であった。また、Mw=55,000であり、Mw/Mn=2.7であった。
ポリエチレンの合成例6
エチレンを30kg/時で、1−ブテンを0.1kg/時で、水素を35NL/時で連続的に供給したこと以外はポリエチレンの合成例5の(エチレン重合体の製造)と同じ方法でエチレン共重合体を製造した。
4時間毎に抜き出したエチレン共重合体は122kgであり、触媒活性は22300g/g触媒であった。
得られたエチレン共重合体の密度は958kg/mであり、MFRは14.4g/10分であった。また、Mw=54,000であり、Mw/Mn=2.8であった。
実施例1
ポリエチレンの合成例1で合成した、密度:962kg/m、メルトフロレート(MFR):4.1g/10分、数平均分子量(Mn):1.5×10、重量平均分子量(Mw):9.5×10、Z平均分子量(Mz):76×10、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の比 : 6.4、Z平均分子量(Mz)/重量平均分子量(Mw)の比:8.0のポリエチレン3000gを30Lのオートクレーブに仕込み、窒素置換後、加圧下、120℃でポリエチレンを溶解した。次に、助触媒として、ピリジン0.60gを添加した。ラジカル発生剤として2.5g/L濃度のα,α’−アゾビスイソブチロニトリルの1,1,2−トリクロロエタン溶液と、塩化スルフリル7000gを添加し反応させた。この間反応温度を110℃以上113℃以下に、反応圧力を0.24MPa以上0.27MPa以下(ゲージ圧)に保った。反応終了後、反応系の圧力を常圧まで低下させ、その後常圧下で窒素を吹き込むことによって溶液中に残存する塩化水素、亜硫酸ガスを系外に排出した。排出された塩化水素及び亜硫酸ガスは水酸化ナトリウムスクラバで回収した。安定剤として2,2’−ビス(4−グリシジルオキシフェニル)プロパン52gを添加した後、ドラム乾燥機にて生成物を単離した。
分析の結果、得られたクロロスルホン化ポリエチレンは、塩素量34.8重量%、硫黄量:1.04重量%、ムーニー粘度(ML(1+4)100℃):43であり、数平均分子量(Mn):5.6×10、重量平均分子量(Mw):27×10、Z平均分子量(Mz):247×10、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の比 : 4.8、Z平均分子量(Mz)/重量平均分子量(Mw)の比:9.3であった。
クロロスルホン化ポリエチレン組成物及び加硫物の評価結果を表1に示す。
Figure 0005481792
実施例2
ポリエチレンの合成例2で合成した、密度:943kg/m、メルトフロレート(MFR):2.0g/10分、数平均分子量(Mn):2.7×10、重量平均分子量(Mw):11×10、Z平均分子量(Mz):62×10、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の比 : 4.1、Z平均分子量(Mz)/重量平均分子量(Mw)の比:5.6のポリエチレン用いて実施例1と同様にクロロスルホン化ポリエチレンを合成した。
分析の結果、得られたクロロスルホン化ポリエチレンは、塩素量35.1重量%、硫黄量:1.01重量%、ムーニー粘度(ML(1+4)100℃):39であり、数平均分子量(Mn):9.4×10、重量平均分子量(Mw):33×10、Z平均分子量(Mz):199×10、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の比 :3.5、Z平均分子量(Mz)/重量平均分子量(Mw)の比:6.0であった。
クロロスルホン化ポリエチレン組成物及び加硫物の評価結果を表1に示す。
実施例3
ポリエチレンの合成例3で合成した、密度:961kg/m、メルトフロレート(MFR):5.2g/10分、数平均分子量(Mn):1.6×10、重量平均分子量(Mw):8.8×10、Z平均分子量(Mz):62×10、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の比 : 5.5、Z平均分子量(Mz)/重量平均分子量(Mw)の比:7.0のポリエチレン用いて実施例1と同様にクロロスルホン化ポリエチレンを合成した。
分析の結果、得られたクロロスルホン化ポリエチレンは、塩素量35.2重量%、硫黄量:1.00重量%、ムーニー粘度(ML(1+4)100℃):37であり、数平均分子量(Mn):6.1×10、重量平均分子量(Mw):25×10、Z平均分子量(Mz):201×10、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の比 :4.1、Z平均分子量(Mz)/重量平均分子量(Mw)の比:8.0であった。
クロロスルホン化ポリエチレン組成物及び加硫物の評価結果を表1に示す。
実施例4
ポリエチレンの合成例4で合成した、密度:968kg/m、メルトフロレート(MFR):2.8g/10分、数平均分子量(Mn):1.1×10、重量平均分子量(Mw):10×10、Z平均分子量(Mz):86×10、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の比 : 9.2、Z平均分子量(Mz)/重量平均分子量(Mw)の比:8.6のポリエチレン用いて実施例1と同様にクロロスルホン化ポリエチレンを合成した。
分析の結果、得られたクロロスルホン化ポリエチレンは、塩素量35.1重量%、硫黄量:0.99重量%、ムーニー粘度(ML(1+4)100℃):36であり、数平均分子量(Mn):4.3×10、重量平均分子量(Mw):30×10、Z平均分子量(Mz):315×10、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の比 :6.9、Z平均分子量(Mz)/重量平均分子量(Mw)の比:10.5であった。
クロロスルホン化ポリエチレン組成物及び加硫物の評価結果を表1に示す。
比較例1
ポリエチレンの合成例5で合成した、密度:950kg/m、メルトフロレート(MFR):14.8g/10分、数平均分子量(Mn):2.0×10、重量平均分子量(Mw):5.5×10、Z平均分子量(Mz):11×10、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の比 : 2.7、Z平均分子量(Mz)/重量平均分子量(Mw)の比:2.0のポリエチレン用いて実施例1と同様にクロロスルホン化ポリエチレンを合成した。
分析の結果、得られたクロロスルホン化ポリエチレンは、塩素量35.2重量%、硫黄量:0.99重量%、ムーニー粘度(ML(1+4)100℃):47であり、数平均分子量(Mn):6.9×10、重量平均分子量(Mw):16×10、Z平均分子量(Mz):31×10、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の比 :2.4、Z平均分子量(Mz)/重量平均分子量(Mw)の比:1.9であった。
クロロスルホン化ポリエチレン組成物及び加硫物の評価結果を表2に示す。
Figure 0005481792
比較例2
ポリエチレンの合成例6で合成した、密度:958kg/m、メルトフロレート(MFR):14.4g/10分、数平均分子量(Mn):1.9×10、重量平均分子量(Mw):5.4×10、Z平均分子量(Mz):11×10、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の比 : 2.8、Z平均分子量(Mz)/重量平均分子量(Mw)の比:2.0のポリエチレンを用いて実施例1と同様にクロロスルホン化ポリエチレンを合成した。
分析の結果、得られたクロロスルホン化ポリエチレンは、塩素量:34.9重量%、硫黄量:0.96重量%、ムーニー粘度(ML(1+4)100℃):47であり、数平均分子量(Mn):6.9×10、重量平均分子量(Mw):17×10、Z平均分子量(Mz):30×10、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の比 :2.4、Z平均分子量(Mz)/重量平均分子量(Mw)の比:1.8であった。
クロロスルホン化ポリエチレン組成物及び加硫物の評価結果を表2に示す。
比較例3
密度:964kg/m、メルトフロレート(MFR):5.0g/10分、数平均分子量(Mn):1.4×10、重量平均分子量(Mw):8.4×10、Z平均分子量(Mz):34×10、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の比 : 5.9、Z平均分子量(Mz)/重量平均分子量(Mw)の比:4.0の東ソー株式会社製ニポロンハード(商標)4030をポリエチレンA、密度:960kg/m、メルトフロレート(MFR):14.2g/10分、数平均分子量(Mn):1.2×10、重量平均分子量(Mw):5.9×10、Z平均分子量(Mz):21×10、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の比 :4.9、Z平均分子量(Mz)/重量平均分子量(Mw)の比:3.6の東ソー株式会社製ニポロンハード(商標)2000をポリエチレンBとしたとき、ポリエチレンA:ポリエチレンB=40:60の重量比でブレンドしたもの[(数平均分子量(Mn):1.3×10、重量平均分子量(Mw):6.9×10、Z平均分子量(Mz):26×10、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の比:5.3、Z平均分子量(Mz)/重量平均分子量(Mw)の比:3.8)]を用いて実施例1と同様にクロロスルホン化ポリエチレンを合成した。
分析の結果、得られたクロロスルホン化ポリエチレンは、塩素量34.9重量%、硫黄量:1.04重量%、ムーニー粘度(ML(1+4)100℃):41であり、数平均分子量(Mn):5.0×10、重量平均分子量(Mw):16×10、Z平均分子量(Mz):45×10、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の比 :3.3、Z平均分子量(Mz)/重量平均分子量(Mw)の比:2.7であった。
クロロスルホン化ポリエチレン組成物及び加硫物の評価結果を表2に示す。
比較例4
密度:958kg/m、メルトフロレート(MFR):2.7g/10分、数平均分子量(Mn):2.3×10、重量平均分子量(Mw):13×10、Z平均分子量(Mz):63×10、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の比 : 5.6、Z平均分子量(Mz)/重量平均分子量(Mw)の比:4.8の東ソー株式会社製ニポロンハード(商標)5730をポリエチレンA、密度:964kg/m、メルトフロレート(MFR):5.0g/10分、数平均分子量(Mn):1.4×10、重量平均分子量(Mw):8.4×10、Z平均分子量(Mz):34×10、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の比 :5.9、Z平均分子量(Mz)/重量平均分子量(Mw)の比:4.0の東ソー株式会社製ニポロンハード(商標)4030をポリエチレンBとしたとき、ポリエチレンA:ポリエチレンB=25:75の重量比でブレンドしたもの[(数平均分子量(Mn):1.6×10、重量平均分子量(Mw):9.6×10、Z平均分子量(Mz):41×10、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の比:5.8、Z平均分子量(Mz)/重量平均分子量(Mw)の比:4.2)]を用いて実施例1と同様にクロロスルホン化ポリエチレンを合成した。
分析の結果、得られたクロロスルホン化ポリエチレンは、塩素量35.1重量%、硫黄量:1.00重量%、ムーニー粘度(ML(1+4)100℃):45であり、数平均分子量(Mn):1.3×10、重量平均分子量(Mw):11×10、Z平均分子量(Mz):531×10、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の比 :8.1、Z平均分子量(Mz)/重量平均分子量(Mw)の比:5.0であった。
クロロスルホン化ポリエチレン組成物及び加硫物の評価結果を表2に示す。

Claims (3)

  1. Z平均分子量(Mz)/重量平均分子量(Mw)の比が6.0以上であり、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の比が2.0〜7.0であることを特徴とするクロロスルホン化ポリエチレン。
  2. Z平均分子量(Mz)/重量平均分子量(Mw)の比が5.0以上であり、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の比が2.0〜10.0であるポリエチレンを塩素化及びクロロスルホン化することを特徴とする請求項1に記載のクロロスルホン化ポリエチレンの製造法。
  3. 請求項1記載のクロロスルホン化ポリエチレンを使用して製造されることを特徴とする自動車用ホース、ガスホース、工業用ホース又は電線被覆。
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