专利摘要:
約10〜約35重量パーセントの1,6−ジアミノヘキサンおよびテレフタル酸由来の繰り返し単位、10重量パーセントまでの他のポリアミド繰り返し単位、および残りの1,6−ジアミノヘキサンおよびアジピン酸由来の繰り返し単位を含むポリアミドを、非常に少量のゴム強化剤で強化して、特に強靱な組成物を得ることができる。結果として得られる組成物は、工業用電化製品、家庭用電化製品、および自動車部品に有用である。
公开号:JP2011505462A
申请号:JP2010536088
申请日:2008-11-24
公开日:2011-02-24
发明作者:アーサー;フレックスマン エドモンド
申请人:イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニーE.I.Du Pont De Nemours And Company;
IPC主号:C08L77-06
专利说明:

[0001] 1,6−ジアミノヘキサンおよびテレフタル酸、ならびに1,6−ジアミノヘキサンおよびアジピン酸由来の繰り返し単位を特定の割合で含むポリアミドを、非常に少量のゴム強化剤で強化して、特に強靱な組成物を得ることができる。]
背景技術

[0002] ポリアミドをはじめとする、いわゆる「エンジニアリングポリマー」は、例えば、自動車、電気および工業的用途において様々な種類の部品に広く使用されている重要な商品である。場合によっては、ポリマー自体が非常に脆弱であるので、強化しなければならない。強化は、通常、ポリアミドまたは他のエンジニアリングポリマー中に「ゴム強化剤」を混合することによって行われる。例えば、米国特許第4,174,358号明細書を参照。]
[0003] このような組成物の強靱性は、多くの場合、ノッチ付きアイゾット試験(ASTMD256)などのある標準的試験によって測定される。一般的に言えば、この試験で得られる値が高いほど、物質は強靱であると見なされる。強靱性の別の重要な指標は、ノッチ付きアイゾット試験などの試験中に、試験によって生じる組成物の破壊が延性または脆性のいずれであるかである。確実に十分強靱であるためには、このような試験を繰り返した場合その全てまたはほとんど全てが延性破壊を示すのが好ましい。ノッチ付きアイゾット試験で得られる平均強靱性値が単に記載されている場合は、破壊の多くが脆性破壊であるならば、望ましくないので、あてにならない。]
[0004] 熱可塑性組成物に対する多くの特性の「改善」と同様に、強化剤の添加は、多くの場合、結果として他の望ましい特性を減少させるので、通常、特性の妥協がなされる。例えば、ゴム強化剤を添加すると、通常、組成物の引張係数および曲げ弾性率、ならびに耐熱性が低下する。このことは部分剛性に影響を及ぼし、場合によっては、弾性率の損失を補うために、量を増やさなければならず、経済的不利益を被る。したがって、強化ポリアミドを含む改善された組成物が望まれる。]
課題を解決するための手段

[0005] 本明細書において、
(a)式:]
[0006] ]
[0007] の繰り返し単位10〜35重量パーセント、
式:]
[0008] ]
[0009] (式中、R1、R2およびR3は、それぞれ独立して、ヒドロカルビレンまたは置換ヒドロカルビレンであり、ここで、R1は1,4−フェニレンでなく、かつ/またはR2は−(CH2)6−でない)
の1つ以上の繰り返し単位0〜10重量パーセント、ならびに残りが、式:]
[0010] ]
[0011] の繰り返し単位
から本質的になるポリアミド80〜95重量パーセント;
(b)反応性官能基および/またはカルボン酸の金属塩を含むポリマー強化剤2〜20重量パーセント
を含み;
ただし、(III)および(IV)のそれぞれは、(I)および(II)と異なり;
前記重量パーセントは、組成物中に存在する(a)および(b)の合計量を基準にしており、前記繰り返し単位の重量パーセントは、存在する(I)、(II)、(III)および(IV)の合計重量を基準にしている組成物を開示し、権利請求する。]
[0012] この組成物の成形部品も記載する。]
[0013] 「ヒドロカルビレン」とは、2個の異なる炭素原子由来の2個のフリーな結合価(単結合)を有する炭素および水素を含む基(ラジカル)を意味する。ヒドロカルビレン基の例としては、1,10−デシレン、1,3−ブチレン、2−メチル−1,5−ペンチレン、1,4−フェニレン、1,8−ナフチレン、4,4’−ビフェニレン、および1,3−フェニレンが挙げられる。]
[0014] 「置換ヒドロカルビレン」とは、選択された特定のポリアミド合成法を用いたポリアミドの形成を妨害しない1つ以上の官能基で置換されたヒドロカルビレンを意味する。置換基の例としては、エーテル、ハロ、および第3アミノが挙げられる。]
[0015] 「反応性官能基」とは、ポリアミドの一部である相補的反応基と、特にポリアミド組成物の溶融形成および/または溶融加工の間に通常反応する基を意味する。典型的には、ポリアミド上の相補的官能基は、カルボキシルおよび/またはアミノ(末端基)であるが、ポリアミド上にグラフトさせるか、または相補的官能基を含有する比較的少量のコモノマーの一部としてポリアミド中に最初に重合させるかのいずれかである他の基であってもよい。典型的な反応性官能基は、エポキシ、カルボキシル、カルボン酸無水物、イソシアナート、およびケトである。好適な反応性官能基は、カルボキシル、カルボン酸無水物、およびエポキシである。]
[0016] ポリマー強化剤は、典型的にはエラストマーであるか、または一般的に<200℃、好ましくは<150℃の比較的低い融点を有し、ポリアミドと反応できる反応性官能基が結合したポリマーである。このような官能基は、通常、既存のポリマー上に小分子をグラフトさせることによるか、またはより強靱なポリマー分子が共重合によって作製される場合に、望ましい官能基を含むモノマーを共重合することによって、ポリマー強化剤に「結合」させる。グラフト化の一例として、フリーラジカルグラフト化技術を用いて、無水マレイン酸を炭化水素ゴム(例えば、エチレン/α−オレフィンコポリマーであって、α−オレフィンは、末端二重結合を有する直鎖オレフィン、例えばプロピレンまたは1−オクテンである)上にグラフトさせることができる。結果として得られるグラフト化ポリマーは、これに結合したカルボン酸無水物および/またはカルボキシル基を有する。官能基がポリマー中に共重合されるポリマー強化剤の一例は、適切な官能基を含有するエチレンと(メタ)アクリレートモノマーとのコポリマーである。(メタ)アクリレートとは、本明細書では、化合物が、アクリレート、メタクリレート、またはこの2つの混合物のいずれかであることを意味する。有用な(メタ)アクリレート官能性化合物としては、(メタ)アクリル酸、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、および2−イソシアナートエチル(メタ)アクリレートが挙げられる。エチレンおよび二官能性(メタ)アクリレートモノマーに加えて、他のモノマー、たとえば酢酸ビニル、非官能化(メタ)アクリレートエステル、たとえばエチル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、i−ブチル(メタ)アクリレートおよびシクロヘキシル(メタ)アクリレートをかかるポリマーに共重合することができる。好適な強化剤としては、参照により本明細書に援用される、米国特許第4,174,358号明細書中に記載されているものが挙げられる。特に好適なポリマー強化剤は、エチレン、エチルアクリレートまたはn−ブチルアクリレート、およびグリシジルメタクリレートのコポリマーである。]
[0017] ポリマー強化剤に結合させることができる別の種類の基は、カルボン酸の金属塩である。カルボキシルまたはカルボン酸無水物含有化合物をグラフトまたは共重合して、ポリマーに結合させることによって、このようなポリマーを調製することができる。このような種類の有用な物質としては、本件特許出願人(Wilmington, DE 19898 USA)から入手可能なSurlyn(登録商標)イオノマー、および上記の金属中和無水マレイン酸グラフトエチレン/α−オレフィンポリマーが挙げられる。これらのカルボン酸塩に好適な金属カチオンとしては、Zn、Li、MgおよびMnが挙げられる。]
[0018] ポリマー強化剤が、最低約0.5重量パーセント、さらに好ましくは1.0重量パーセント、非常に好ましくは約3.0重量パーセントの、官能基もしくはカルボン酸塩(金属を含む)を含有する繰り返し単位および/またはグラフト化分子を含み、最大約15重量パーセント、さらに好ましくは約13重量パーセント、非常に好ましくは約10重量パーセントの、官能基またはカルボン酸塩(金属を含む)を含有するモノマーを含むのが好適である。任意の好適な最小量を任意の好適な最大量と組み合わせて好適な範囲を形成することができることを理解されたい。ポリマー強化剤中には、2種以上の官能性モノマー、および/または2種以上のポリマー強化剤が存在し得る。多くの場合、組成物の強靱性は、ポリマー強化剤の量ならびに/または官能基および/もしくはカルボン酸金属塩基の量を増加させることによって、増加することが判明している。しかし、これらの量は、組成物が架橋(熱硬化)し得る時点まで、特に最終部品形状が得られるまで、および/または最初に溶融する強化剤が互いに架橋し得るまでは、好ましくは増加させるべきではない。これらの量を増加させることによって、溶融粘度も増大し得、溶融粘度も、好ましくは成形が困難になるほど増大させるべきではない。非官能化強化剤(エラストマー)も、官能化強化剤に加えて存在してもよい。このような非官能化強化剤としては、エチレン/α−オレフィン/ジエン(EPDM)ゴム、エチレン/α−オレフィン(EP)ゴム、およびエチレン/1−オクテンコポリマーなどのポリマーが挙げられる。]
[0019] ポリマー強化剤の最小量は2重量パーセントであり、好ましくは約5重量パーセントであり、さらに好ましくは約8重量パーセントであり、一方、ポリマー強化剤の最大量は、約20重量パーセント、好ましくは約15重量パーセント、さらに好ましくは約12重量パーセントである。任意の最小量を任意の最大量と組み合わせて好適な重量範囲を形成することができることを理解されたい。]
[0020] ポリマー強化剤および/または非官能化強化剤は、好ましくはゴム(その融点および/またはガラス転移点は25℃より低い)であるか、または場合によっては、幾分ゴム様、すなわち、約10J/g未満、さらに好ましくは約5J/g未満の融解熱(ASTM法D3418−82によって測定)、および/または80℃未満、さらに好ましくは約60℃未満の融点を有する。好ましくは、ポリマー強化剤は、ポリエチレン標準を用いたゲル透過クロマトグラフィーによって測定した場合、約5,000以上、さらに好ましくは約10,000以上の重量平均分子量を有する。]
[0021] 有用なポリマー強化剤としては次のものが挙げられる:
(a)エチレンと、グリシジル(メタ)アクリレートと、場合によって1種以上の(メタ)アクリレートエステルとのコポリマー。]
[0022] (b)不飽和カルボン酸無水物、例えば無水マレイン酸とグラフトしたエチレン/α−オレフィンまたはエチレン/α−オレフィン/ジエン(EPDM)コポリマー。]
[0023] (c)エチレンと、2−イソシアナートエチル(メタ)アクリレートと、場合によって1種以上の(メタ)アクリレートエステルとのコポリマー。]
[0024] (d)エチレンと、Zn、Li、MgまたはMn化合物と反応して、対応するイオノマーを形成するアクリル酸とのコポリマー。]
[0025] ポリアミドにおいて、(I)繰り返し単位の最小量は、約10重量パーセント、好ましくは約15重量パーセント、さらに好ましくは約20重量パーセントであり、一方、(I)繰り返し単位の最大量は、約35重量パーセント、好ましくは約30重量パーセント、さらに好ましくは約28重量パーセントである。任意の最小値を任意の最大値と組み合わせて、好適な重量パーセント範囲を形成することができることを理解されたい。]
[0026] ポリアミドは、約10重量パーセントまでの(III)および/または(IV)の1つ以上を含むことができる。好ましくは、ポリアミドは、約5重量パーセントまでの(II)および/または(IV)を含み、さらに好ましくは繰り返し単位(I)および(II)から本質的になり(「〜から本質的になる」とは、本明細書では、比較的少量の強化剤を用いてポリアミドを強化する特性を意味する)、特に好ましくは、繰り返し単位(I)および(II)からなる。]
[0027] ポリアミドは、当該技術分野で周知の方法によって調製することができる。たとえば、参照により本明細書に援用される、M. I. Kohan Ed., Nylon Plastics Handbook, Hanser/Gardner Publications, Inc.,Cincinnati, 1995, p. 17−23を参照。好ましくは、ポリアミドは、ポリエチレン標準を用いたゲル透過クロマトグラフィーによって測定した場合、少なくとも約5,000の数平均分子量を有する。]
[0028] 組成物は、上記以外の他の成分、特にポリアミド組成物において通常見いだされる成分を、典型的には、通常使用される濃度で含み得る。これらの種類の成分としては、フィラー、補強剤、酸化防止剤、安定剤、顔料、離型剤、潤滑剤等が挙げられる。]
[0029] 組成物は、「ゴム」強化熱可塑性組成物を調製するための当該技術分野で公知の方法によって調製することができる。典型的には、ポリアミドをポリマー強化剤と、好適な装置、例えば、2軸押出機または混錬機中で溶融混合する。これらの成分が受ける負荷(剪断)の量は、組成物の最終特性、特に強靱性に影響を及ぼすであろう。一般的に言えば、組成物に加えられる剪断が高いほど(剪断加熱に起因する重大な劣化を伴わない)、使用される強化剤の量に関して、組成物が強靱になる。さらに、一般的に言えば、強化剤の使用量が多いほど、組成物は強靱(よりゴム様)になるが、組成物の弾性率も低くなる(上記を参照)。多くの場合、最低強靱性目標は、どのような強靱性試験が使用される場合でも、組成物弾性率の低下をできるだけ少なくするために最小量のポリマー強化剤を用いて、一貫して(脆性破壊ではなく)延性破壊を達成することである。多くの種類のポリマー強化剤に関して、ある程度までは、存在する官能基またはカルボン酸金属塩基の量が多いほど、強化剤は組成物を強化するためにより有効に作用することも指摘される。ポリマー強化の技術分野の当業者は、これらのパラメータを理解し、またこれらが最終組成物にどのように影響するかを理解している。さらに、本明細書の実施例は、各組成物を形成するための特定の条件を記載する。]
[0030] 前述のように、上記溶融混合の間に、混合されるポリアミドおよびポリマー強化剤に他の成分も添加することができる。これらは混合装置の後部に添加してもよいし、または過度の剪断によって劣化するのを防止するために、その幾分下流で添加してもよい。]
[0031] 本明細書において記載する強化ポリアミド組成物を様々な方法、通常は溶融形成法、たとえば射出成形、押出、熱成形、圧縮成形、回転成形、および(あらゆる種類の)ブロー成形によって成形して、成形部品にすることができる。これらの部品は、自動車、工業用、電気および電子、ならびに家庭用の用途において有用である。用途例としては、ケーブルタイ、スポーツ用品、たとえばスノーボード、消化器バルブ、自動車部品、例えば排気筒およびルーフラック、動力工具ハウジング、ならびに電化製品部品、たとえば羽根車の羽根(impeller fans)および袋のクリップが挙げられる。]
[0032] 実施例1および比較例A〜C
適切なポリマーおよび酸化防止剤のペレットの以下の混合物を、3組のニーディングブロックと、それに続く真空ポート上流のリバースと、それに続くダイと真空ポートとの間の1つの左回転リバースとからなる中速ハードワーキングスクリュー(moderately hard working screw)を備えた30mm共回転2軸押出機の後部に供給した。すべて、300rpm、供給速度13.6kg/hで実施した。バレル温度は、実施例1および比較例Aについては270℃に設定し、ポリアミドの融点はさらに高いので、バレル温度は、比較例BおよびCについてはそれぞれ290℃および320℃に設定した。ハンドメルト温度(hand melt temperature)は、実施例1、比較例A、B、およびCについてそれぞれ321℃、319℃、326℃、および355℃であった。組成物を、押出機を出た後にペレット化した。]
[0033] 約100℃でわずかに窒素抽気しながら真空オーブン中で一夜乾燥させた後、ペレットを6オンス往復式成形機中、型中に射出成形して、1ショットで1片のASTM1/8インチ引張試験片および2片の長さ127mm×幅13mm×厚さ3.2mm(1/8インチ)の長方形バーを得た。全サイクル時間は、2秒ブースト、20秒注入(圧力)、および10秒冷却であった。実施例1および比較例Aの型温は、平均92℃と測定され、比較例Bは138℃、比較例Cは158℃であった。実際のバレル温度(後方/中央/前方/ノズル)は、実施例1、比較例A、BおよびCについてそれぞれ、270/269/269/264、273/270/270/269、290/299/298/292、および320/333/332/320℃であった。バーを、ホイルで裏打ちしたプラスチックの袋中に真空密封して、これらを切断し、直ちに試験するまで、成形されたままの乾燥状態で保存した。大気から吸収される水分は、強靱性および延性を改善する可塑剤のような作用をするので、成形したままの乾燥状態は、ポリアミドの最も脆性が高い状態である。]
[0034] 10片のそれぞれ厚さ3.2mm(1/8インチ)の試験片を半分に切断し、ゲートに近い半分と、ゲートから遠い半分にノッチを付け、上記以外はASTMD256ノッチ付きアイゾット試験、試験法Aに準拠して試験した。振子の最大エネルギー(容量)は5.5Jであった。20回の衝撃の平均を、10回のそれぞれ近位および遠位衝撃の平均、ならびに全体的な脆性破壊の数とともに表1に記載する。]
[0035] 組成物は全て、92部のポリアミド、8部の、2.6重量パーセントの無水マレイン酸(メルトインデックス0.75を有する)でグラフトされたEPDMゴムである強化剤、および0.2部のIrganox(登録商標)1010(Ciba Specialty Chemicals, Inc.(Basel, Switzerland)から入手可能な酸化防止剤)を含有する(すべて重量部)。使用したポリアミドは次のとおりであった:
実施例1 1,6−ヘキサンジアミン、テレフタル酸、およびアジピン酸のコポリアミド(テレフタル酸は存在するジカルボン酸の25重量パーセントであった)。]
[0036] 比較例A Zytel(登録商標)101、本件特許出願人(Wilmington DE 19898 USA)から入手可能な、1,6−ヘキサンジアミンおよびアジピン酸から調製されるポリアミド。]
[0037] 比較例B 1,6−ヘキサンジアミン、テレフタル酸、およびアジピン酸のコポリアミド(テレフタル酸は、存在するジカルボン酸の40重量パーセントであった)。]
[0038] 比較例C 1,6−ヘキサンジアミン、2−メチル−1,5−ペンタンジアミンおよびテレフタル酸のコポリアミド(1,6−ヘキサンジアミンは存在する全ジアミンの50重量パーセントであった)。]
[0039] ]
[0040] 実施例2
強化剤を4.3重量パーセントの無水マレイン酸とグラフトする以外は、実施例1と同じ手順、および実施例1のポリアミドを用いて、ポリアミドを5%の実施例1で用いた強化剤と混合した。全体的なノッチ付きアイゾットは235N・m/mであった。10の破壊は全て脆性破壊であった。]
[0041] 実施例3
強化剤を3.9重量パーセントの無水マレイン酸とグラフトさせる以外は、実施例1と同じ手順、および実施例1のポリアミドを用いて、ポリアミドを10%の実施例1で使用した強化剤と混合した。全体的なノッチ付きアイゾットは892N・m/mであった。10の破壊はいずれも脆性ではなかった。]
[0042] 実施例4
実施例1と同じ手順、および実施例1のポリアミドを用いて、ポリアミドを、Kraton PolymersLLC(Houston TX 77032, USA)から入手可能な、30%のスチレン含有量を有し、1.4〜2.0重量パーセントの結合無水マレイン酸を含有するスチレンおよびエチレン/ブチレンベースのトリブロックポリマーと報告されている10%Kraton(登録商標)FG1901Xと混合した。全体的なノッチ付きアイゾットは235N・m/mであった。10の破壊は全て脆性であった。]
実施例

[0043] 実施例5
実施例1と同じ手順、および実施例1のポリアミドを用いて、ポリアミドを、本件特許出願人(Wilmington, DE 19898 USA))から入手可能な、亜鉛イオンで部分的に中和されたエチレン/メタクリル酸コポリマーと報告されている5%のSurlyn(登録商標)イオノマーと混合した。全体的なノッチ付きアイゾットは、150N・m/mであった。10の破壊は全て脆性であった。]
权利要求:

請求項1
(a)式:の繰り返し単位10〜35重量パーセント、式:(式中、R1、R2およびR3は、それぞれ独立して、ヒドロカルビレンまたは置換ヒドロカルビレンであり、ここで、R1は1,4−フェニレンでなく、および/またはR2は−(CH2)6−でない)の1つ以上の繰り返し単位0〜10重量パーセント、ならびに残りが、式:の繰り返し単位から本質的になるポリアミド80〜95重量パーセントと、(b)反応性官能基および/またはカルボン酸の金属塩を含有するポリマー強化剤2〜20重量パーセントと、を含み、ただし、(III)および(IV)のそれぞれが(I)および(II)と異なり、前記重量パーセントが、組成物中に存在する(a)および(b)の合計量を基準にしており、前記繰り返し単位の重量パーセントが、前記ポリアミド中に存在する(I)、(II)、(III)および(IV)の合計重量を基準にしている、組成物。
請求項2
前記ポリマー強化剤が、3.00〜約10重量パーセントの、前記官能基および/またはカルボン酸の金属塩を含有する繰り返し単位を含有する、請求項1に記載の組成物。
請求項3
前記ポリマー強化剤が、前記組成物の約5〜約12重量パーセントである、請求項1または2に記載の組成物。
請求項4
前記繰り返し単位(I)が、前記ポリアミドの約20〜約30重量パーセントである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の組成物。
請求項5
前記ポリマー強化剤が、エチレンと、グリシジル(メタ)アクリレートと、場合によって1種以上の(メタ)アクリレートエステルとのコポリマー;不飽和カルボン酸無水物をグラフトした、エチレン/プロピレンもしくはエチレン/プロピレン/ジエンコポリマー;エチレンと、2−イソシアナートエチル(メタ)アクリレートと、場合によって1種以上の(メタ)アクリレートエステルとのコポリマー;ならびにZn、Li、MgもしくはMn化合物と反応して対応するイオノマーを形成するエチレンとアクリル酸とのコポリマーからなる群から選択される1種以上である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の組成物。
請求項6
前記繰り返し単位(III)および(IV)が存在しない、請求項1〜5のいずれか一項に記載の組成物。
請求項7
前記ポリアミドが、繰り返し単位(I)および(II)から本質的になる、請求項1〜6のいずれか一項に記載の組成物。
請求項8
請求項1〜7のいずれか一項に記載の組成物を含む成形部品。
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同族专利:
公开号 | 公开日
CN101878271A|2010-11-03|
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引用文献:
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