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JP2018150488A - 管用塩化ビニル樹脂組成物およびそれを用いた管材 - Google Patents

管用塩化ビニル樹脂組成物およびそれを用いた管材 Download PDF

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JP2018150488A JP2017049567A JP2017049567A JP2018150488A JP 2018150488 A JP2018150488 A JP 2018150488A JP 2017049567 A JP2017049567 A JP 2017049567A JP 2017049567 A JP2017049567 A JP 2017049567A JP 2018150488 A JP2018150488 A JP 2018150488A
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渡辺 倫正
Tomomasa Watanabe
倫正 渡辺
鈴木 裕
Yutaka Suzuki
裕 鈴木
貴志 押野
Takashi Oshino
貴志 押野
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Furukawa Electric Co Ltd
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Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

【課題】従来の塩化ビニル樹脂組成物の、特に機械特性を向上させることで耐久性に優れ、かつ接着特性に優れた塩化ビニル樹脂組成物およびそれを用いた管材を提供する。【解決手段】(A)塩化ビニル樹脂100質量部に対して、(B)エチレン・(メタ)アクリル酸エステル・一酸化炭素共重合体を、10質量部を越え40質量部未満含むことを特徴とする管用塩化ビニル樹脂組成物及びそれを用いた管材。【選択図】なし

Description

本発明は、管用塩化ビニル樹脂組成物、及びそれを成形した管材に関するものである。
エチレン樹脂組成物および塩化ビニル樹脂組成物は、上下配水管などの管製品に広く用いられている。特に硬質ポリ塩化ビニル(PVC)管は水道配水管に古くから使用されている。
エチレン樹脂組成物を用いた管は、管同士の接続に電気融着(エレクトロフュージョン)継手を用いる必要があるため、接続コストが高いのに対し、塩化ビニル樹脂組成物を用いた管は、PVC製継手と接着剤を用いて管同士を接続することができ、低コストで施工できる利点がある。このような塩化ビニル樹脂組成物の研究開発の例として、特許文献1には、未溶融の塩化ビニル樹脂の含有量を低下させ、ゲルレベルを改善した、塩化ビニル樹脂組成物が記載されている。
特開昭61−113637号公報
しかしながら、上記特許文献1記載の塩化ビニル樹脂組成物をはじめ、従来の塩化ビニル樹脂組成物を用いて作製した上下配水管は機械特性が不十分であり、近年発生する、震度の大きい地震による強い振動、衝撃によって破損してしまう。
例えば、特許文献1に記載の塩化ビニル樹脂組成物は、塩化ビニル樹脂、エチレン−酢酸ビニル−一酸化炭素共重合体および塩素化ポリエチレンからなる。この塩化ビニル樹脂組成物は、エチレン−酢酸ビニル−一酸化炭素共重合体を可塑剤として含有する。しかし、特許文献1に記載の塩化ビニル樹脂組成物は、エチレン−酢酸ビニル−一酸化炭素共重合体の含有量が多く、この塩化ビニル樹脂組成物を用いて作製した管は、機械特性(例えば、引張特性)が十分でない。
本発明は、従来の塩化ビニル樹脂組成物の、特に機械特性を向上させることで耐久性に優れ、かつ接着特性に優れた塩化ビニル樹脂組成物およびそれを用いた管材を提供することを課題とする。
本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意検討を重ねた結果、塩化ビニル樹脂と、特定の高分子可塑剤を含有し、この特定の高分子可塑剤の含有量を特定の範囲内とした組成物を用いることにより、引張特性と接着特性のいずにも優れ、耐震性の高い管材を作製できることを見出した。本発明はこれらの知見に基づきさらに検討を重ねて完成されるに至ったものである。
すなわち、上記課題は以下の手段により達成された。
<1>
(A)塩化ビニル樹脂100質量部に対して、(B)エチレン・(メタ)アクリル酸エステル・一酸化炭素共重合体を、10質量部を越え40質量部未満含むことを特徴とする管用塩化ビニル樹脂組成物。
<2>
前記(A)塩化ビニル樹脂100質量部に対して、(C)塩素化ポリエチレンを20質量部以下含むことを特徴とする<1>に記載の管用塩化ビニル樹脂組成物。
<3>
前記(A)塩化ビニル樹脂100質量部に対して、(D)アクリル加工助剤を20質量部以下含むことを特徴とする<1>または<2>に記載の管用塩化ビニル樹脂組成物。
<4>
前記(A)塩化ビニル樹脂が、エチレン成分を含むことを特徴とする<1>〜<3>のいずれか1項に記載の管用塩化ビニル樹脂組成物。
<5>
JIS7161−2に規定される引張特性試験において、降伏強度が20MPa以上であり、かつ、破断伸度が100%以上であることを特徴とする<1>〜<4>のいずれか1項に記載の管用塩化ビニル樹脂組成物。
<6>
JISK6850に規定される接着特性試験において、引張せん断接着強さが1N/mm以上であることを特徴とする<1>〜<5>のいずれか1項に記載の管用塩化ビニル樹脂組成物。
<7>
<1>〜<6>のいずれか1項に記載の塩化ビニル樹脂組成物を用いてなることを特徴とする管材。
本発明の塩化ビニル樹脂組成物は、管形成材料として用いることにより、機械特性および接着特性に優れた管を得ることができる。また、前記塩化ビニル樹脂組成物を用いた本発明の管は、機械特性および接着特性に優れる。
本発明の管用塩化ビニル樹脂組成物(以下、単に「本発明の組成物」とも称する。)は、(A)塩化ビニル樹脂100質量部に対して、(B)エチレン・(メタ)アクリル酸エステル・一酸化炭素共重合体(エチレンと(メタ)アクリル酸エステルと一酸化炭素の共重合体)を、10質量部を越え40質量部未満含む。
(A)塩化ビニル樹脂
ベース樹脂として用いられる塩化ビニル樹脂は、通常のものを使用できる。塩化ビニル樹脂として、塩化ビニル単独重合体および塩化ビニル共重合体が挙げられる。塩化ビニルと共重合するモノマーとしては、エチレン、プロピレン等のα−オレフィン類、酢酸ビニル等のビニルエステル類、(メタ)アクリル酸エステル、無水マレイン酸等の不飽和カルボン酸エステル類、アルキルビニルエーテル等のビニルエーテル類、臭化ビニル、フッ化ビニル等のハロゲン化ビニル類、スチレン、アクリロニトリル、塩化ビニリデン等のビニル化合物、ビニリデン化合物が挙げられる。本発明において、(B)エチレン・(メタ)アクリル酸エステル・一酸化炭素共重合体との相溶性に優れ、降伏強度を大幅に低下させることなく、破断強度を向上するため、塩化ビニルと共重合するモノマーとしてα−オレフィン類が好ましく、エチレンがより好ましい。
塩化ビニル共重合体の形態は特に限定されず、ブロック共重合体、グラフト共重合体及びランダム共重合体のいずれでもよい。塩化ビニル共重合体の具体例として、例えば、無水マレイン酸等のモノマーと塩化ビニルとの共重合体、エチレン・酢酸ビニル共重合体と塩化ビニルとのグラフト重合体、または不飽和基を有するウレタン樹脂と塩化ビニルとのグラフト重合体等が挙げられる。また、塩化ビニル樹脂を塩素化した塩素化塩化ビニル樹脂を用いてもよい。
ここで、本発明の塩化ビニル樹脂は構成成分として塩化ビニル成分を80モル%以上含有するものが好ましく、塩化ビニル成分を90モル%以上含有するものがより好ましい。
ポリ塩化ビニルの中でも、耐外傷性を向上させる効果が低下するのを抑えるなどの観点から、平均重合度が800以上であることが好ましい。また、他の成分との混合性が低下するのを抑えるなどの観点から、平均重合度が2000以下であることが好ましい。より好ましくは、平均重合度が1000〜1400の範囲内である。
本発明においては、これらの塩化ビニル樹脂を単独で用いてもよく、2種以上併用してもよい。なお、本発明の組成物に用いられる塩化ビニル樹脂は、例えば市販品を用いることができる。
(B)エチレン・(メタ)アクリル酸エステル・一酸化炭素共重合体
エチレン・(メタ)アクリル酸エステル・一酸化炭素共重合体は、エチレンと(メタ)アクリル酸エステルおよび一酸化炭素との共重合体であり、(メタ)アクリル酸エステルにおけるアルコール部のアルキル基は、直鎖状又は分岐状であって、その炭素数は1〜18であり、具体的にはメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、sec−ブチル、t−ブチル、イソブチル、ヘキシル、オクチルなどが挙げられる。具体的にはエチレン・(メタ)アクリル酸ブチル・一酸化炭素共重合体、エチレン・アクリル酸エチル・一酸化炭素共重合体、エチレン・アクリル酸メチル・一酸化炭素共重合体が挙げられる。
本発明においては、これらエチレン・(メタ)アクリル酸エステル・一酸化炭素共重合体を単独で用いてもよく、2種以上併用してもよい。なお、本発明の組成物に用いられるエチレン・(メタ)アクリル酸エステル・一酸化炭素共重合体は、例えば市販品を用いることができる。
エチレン・(メタ)アクリル酸エステル・一酸化炭素共重合体中の、エチレンの含有量は40〜80質量%、(メタ)アクリル酸エステルの含有量は15〜55質量%、一酸化炭素の含有量は5〜30質量%の量で含まれていることが好ましく、必要に応じて更に他の単量体を共重合させることも可能である。
上述のように、本発明の管用塩化ビニル組成物中のエチレン・(メタ)アクリル酸エステル・一酸化炭素共重合体の含有量は、(A)塩化ビニル樹脂100質量部に対して、10質量部を越え40質量部未満であり、好ましくは12〜35質量部、より好ましくは15〜30質量部である。
本発明の管用塩化ビニル組成物中の(B)エチレン・(メタ)アクリル酸エステル・一酸化炭素共重合体の含有量が、(A)塩化ビニル樹脂100質量部に対して10質量部以下では、耐震性に求められる破断伸度が得られない。一方、40質量部以上であると、降伏強度とともに接着特性が低下する。
上記(B)樹脂は、高分子材料でありながらポリ塩化ビニル系樹脂と均一に分散して、フタル酸エステル系可塑剤を含まなくても塩化ビニル系樹脂を軟質にすることができる。そのため、可塑剤の溶出がなく、長期的に機械特性が良好な管用塩化ビニル樹脂組成物を得ることができる。
(C)塩素化ポリエチレン
本発明の組成物は、塩素化ポリエチレンを含有することも好ましい。本発明の組成物が塩素化ポリエチレンを含有する場合、(A)塩化ビニル樹脂100質量部に対して、塩素化ポリエチレンを20質量部以下含むことが好ましく、10質量部以下含むことがより好ましい。下限は特に制限されないが、(A)塩化ビニル樹脂100質量部に対して、3質量部以上含むことが好ましく、5質量部以上含むことがより好ましい。
(C)塩素化ポリエチレンを上記含有量含むことで、降伏強度を大幅に低下させずに、接着特性を向上させることが可能となる。
本発明の組成物に用いられる塩素化ポリエチレンは特に制限されない。本発明の組成物に用いられる塩素化ポリエチレンは、ポリエチレンを塩素化したものであり、塩素化度は特に制限されないが、20〜45%が好ましく、30〜40%がより好ましい。
「塩素化度」とは、塩素化ポリエチレン中の塩素の質量比率を意味する。なお、塩素化ポリエチレンは1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。本発明の組成物に用いられる塩素化ポリエチレンは、例えば、市販品を用いることができる。
(D)アクリル加工助剤
本発明の組成物は、アクリル加工助剤を含有することも好ましい。本発明の組成物が塩素化ポリエチレンを含有する場合、(A)塩化ビニル樹脂100質量部に対して、アクリル加工助剤を20質量部以下含むことが好ましく、10質量部以下含むことがより好ましい。下限は特に制限されないが、(A)塩化ビニル樹脂100質量部に対して、2.5質量部以上含むことが好ましく、5質量部以上含むことがより好ましい。
アクリル加工助剤の含有量が多すぎると、破断伸度が低下する。アクリル加工助剤を上記含有量含むことで破断伸度を損なうことなく降伏強度を向上できる。
アクリル系加工助剤とは、(メタ)アクリル酸もしくはそのエステルの単独重合体または(メタ)アクリル酸とそのエステルとの共重合体である。(メタ)アクリル酸エステルとしては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル等が挙げられる。
なお、アクリル加工助剤は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。本発明の組成物に用いられるアクリル加工助剤は、例えば、市販品メタブレンP531A、メタブレンP530A、メタブレンP551A、メタブレンP550A、メタブレンP501A、メタブレンP570A、メタブレンP700、メタブレンP710、カネエースPA−10、カネエースPA−20、カネエースPA−30、カネエースPA−40、カネエースPA−60、カネエースPA−100、カネエースPA−101(いずれも商品名)を用いることができる。
(E)非鉛系安定剤
本発明の組成物は、(E)非鉛系安定剤を含んでもよい。(E)非鉛系安定剤は、安全性および環境負荷低減の観点から好ましい。
非鉛系安定剤は、鉛を含有しない安定剤であり、鉛を含まない通常の安定剤を使用でき、特に限定はされないが、水酸化カルシウム系、バリウム亜鉛系、カルシウム亜鉛系、マグネシウム亜鉛系、有機錫系(オクチル錫系、ブチル錫系、メチル錫系等)、ハイドロタルサイト系、エポキシ系、亜リン酸エステル系等の安定剤が挙げられる。
ここで、バリウム亜鉛系、カルシウム亜鉛系、マグネシウム亜鉛系は、好ましくは、炭素原子数8以上の脂肪酸のバリウム、カルシウム、マグネシウムまたは亜鉛塩の混合物からなるものが好ましい。バリウム塩としては、例えば、ラウリン酸バリウム、ステアリン酸バリウム、リシノレイン酸バリウムが挙げられ、カルシウム塩としては、例えば、ラウリン酸カルシウム、ステアリン酸カルシウムが挙げられ、マグネシウム塩としては、例えば、ラウリン酸マグネシウム、ステアリン酸マグネシウムが挙げられ、亜鉛塩としては、例えば、オクチル酸亜鉛、ステアリン酸亜鉛が挙げられる。これらの具体例として、株式会社アデカ製のアデカスタブシリーズが挙げられる。
有機錫系としては、代表的には、モノアルキル、ジアルキルタイプのオクチル錫系、ブチル錫系、メチル錫系が挙げられ、これらのそれぞれには、さらにラウレート系、マレート系およびメルカプト系が存在する。これらは、例えば、東京ファインケミカル(株)や日東化成(株)から購入することができる。
これらの非鉛系安定剤は単独または2種以上併用してもよい。
非鉛系安定剤の含有量は、塩化ビニル樹脂100質量部に対して、1〜20質量部であり、好ましくは2〜10質量部である。
非鉛系安定剤の含有量が上記範囲にあると、本発明の組成物は熱的安定性に優れる。
本発明の組成物において、上記成分に加えて必要に応じて、紫外線吸収剤、光安定剤、滑剤、着色剤、加工性改良剤、その他の改質剤などを単独または2種以上併用することができる。
なお、本発明の組成物が上水道管に用いられる場合、JISK6762およびJIS6742:2007の付属書JBを参照して浸出試験を行い、全ての項目において以下の基準を満たすことが必要である。この場合、本発明の組成物中における(E)非鉛系安定剤の含有量は、塩化ビニル樹脂100質量部に対して、2〜8質量部であり、好ましくは2〜5質量部である。
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
項目 基準
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
鉛及びその化合物 0.008mg/L以下
亜鉛及びその化合物 0.5mg/L以下
有機物 1mg/L以下
味 異常なし
臭気 異常なし
色度 1度以下
濁度 0.5度以下
残留塩素の減量 0.7mg/L以下
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
本発明の組成物は、管の耐水圧強度と耐震性を両立するため、JIS7161−2に規定される引張特性試験において降伏強度が20MPa以上であり、かつ、破断伸度が100%以上であることが好ましい。降伏強度は、25MPa以上がより好ましく、30MPa以上がさらに好ましい。降伏強度の上限に特に制限はないが、40MPa以下が実際的である。破断伸度は、200%以上がより好ましく、300%以上がさらに好ましい。破断伸度の上限に特に制限はないが、400%が実際的である。
なお、「破断伸度が100%以上」とは、引張前の試験体の長さを100%として、引張後200%以上の長さになったときに破断することを意味する。
本発明の組成物は、管接続部の耐水圧性向上のため、JISK6850に規定される接着特性試験において、引張せん断接着強さが1N/mm以上が好ましく、2N/mm以上がより好ましく、非接着部にて材料破断することが更に好ましい。
本発明の管用塩化ビニル樹脂組成物は、上述の(A)塩化ビニル樹脂および(B)エチレン・(メタ)アクリル酸エステル・一酸化炭素共重合体のそれぞれの特定の量を、ロール、バンバリーミキサー等のバッチ式混練機あるいは二軸押し出し機などの連続混練機を用いて、溶融混合することにより得ることができる。なお、(C)塩素化ポリエチレン、(D)アクリル加工助剤もしくは(E)非鉛系安定剤、またはこれらの2種以上を(A)塩化ビニル樹脂および(B)エチレン・(メタ)アクリル酸エステル・一酸化炭素共重合体と合わせて溶融混合することにより、本発明の管用塩化ビニル樹脂組成物を得ることも好ましい。
本発明の管用塩化ビニル樹脂組成物は、特に強固な機械特性および接着特性が要求される各種配管(例えば、上水道管、下水道管)の管材、および管材の継手に好適に用いることができる。
本発明を以下の実施例に基づき、さらに詳細に説明する。
本発明は、以下に示す実施例に限定されるものではない。なお、下記表1において、各実施例及び比較例における数値は質量部を表す。
[材料]
(A)塩化ビニル樹脂
(A−1)平均重合度1,000のポリ塩化ビニル(PVC)(商品名:TH1000、大洋塩ビ社製)
(A−2)平均重合度1,300のポリ塩化ビニル(PVC)(商品名:TH1300、大洋塩ビ社製)
(A−3)平均重合度1,300の、エチレンと塩化ビニルの共重合体(商品名:TE1300、大洋塩ビ社製)
(B)エチレン・アクリル酸エステル・一酸化炭素共重合体(EAE−CO)(商品名:エルバロイHP661、三井デュポンポリケミカル社製)
(C)塩素化ポリエチレン(PE)
塩素化度38−41%の塩素化PE(商品名:エラスレン401A、昭和電工社製)
(D)アクリル加工助剤(商品名:メタブレンP530A、三菱レイヨン社製)
(E)安定剤
Ca/Zn系安定剤(商品名:アデカスタブRX−210、アデカ社製)
[製造方法]
下記表1に示す質量部で配合した組成物を、160℃に設定したオープンロール(西村マシナリー株式会社製)で5分間混練して塩化ビニル樹脂組成物を製造した。その後、160℃に設定した圧縮成型機(北川精機株式会社製)で5分間圧縮成形することで、下記物性評価に用いる、実施例1〜17および比較例1〜10の試料を作製した。
各樹脂シートの物性を下記の方法で評価し、その結果を下記表1に示す。
(1)引張特性
JIS7161−2に準拠して、破断強度(MPa)及び破断伸度(%)を測定した。ただし試験片形状はJISK6251 5号ダンベル、試料厚さは2mm、試験速度は200mm/minとした。判定基準を下記に示す。A〜Eが合格である。
<判定基準>
A:降伏強度22MPa以上かつ破断伸度300%以上
B:降伏強度20MPa以上かつ破断伸度250%以上
C:降伏強度20MPa以上かつ破断伸度200%以上
D:降伏強度18MPa以上かつ破断伸度150%以上
E:降伏強度18MPa以上かつ破断伸度100%以上
F:降伏強度18MPa未満または破断伸度100%未満
(下記表1の「降伏点無し」もF評価とする。)
[複数のカテゴリに属する場合は、より高評価のカテゴリに属するものとする。例えば、AとBの両方に属する場合は、A評価とする。]
(2)接着特性
圧縮成形シート(縦64mm、横13mm、厚み2mm)の引張せん断接着強さを評価した。試験方法はJISK6850に準拠、ただし接着面は接着巾13mm、長さ20mmとし、試験速度は50mm/minとした。接着剤としてHIVP(耐衝撃性硬質PVC管)接着剤(商品名:タフダインHI、クボタケミックス社製)を使用した。判定基準を下記に示す。AおよびBが合格である。
<判定基準>
A:接着強さ2N/mm以上、または非接着部にて材料破断(材破)
B:接着強さ1N/mm以上2N/mm未満
C:接着強さ1N/mm未満
<総合評価基準>
1 引張特性:AまたはB、接着特性:A
2 引張特性:AまたはB、接着特性:B
3 引張特性:CまたはD、接着特性:A
4 引張特性:CまたはD、接着特性:B
5 引張特性:E、接着特性:A
6 引張特性:E、接着特性:B
7 引張特性:Fまたは接着特性:C
[1〜5が合格である。]
Figure 2018150488
Figure 2018150488
<表の注>
・実は、実施例を意味し、例えば、実1は実施例1である。比は比較例を意味し、例えば、比1は比較例1である。
・(A−1)、(A−2)、(A−3)、(B)、(C)、(D)、(E)は上述の材料を示す。
上記表1から明らかなように、塩化ビニル樹脂とエチレン・(メタ)アクリル酸エステル・一酸化炭素共重合体の含有量が本発明の規定を満たさない組成物から作製した樹脂シートはいずれも総合評価において不合格であった。これに対し、本発明の管用塩化ビニル樹脂組成物を用いて作製した樹脂シートはいずれも総合評価において合格であった。

Claims (7)

  1. (A)塩化ビニル樹脂100質量部に対して、(B)エチレン・(メタ)アクリル酸エステル・一酸化炭素共重合体を、10質量部を越え40質量部未満含むことを特徴とする管用塩化ビニル樹脂組成物。
  2. 前記(A)塩化ビニル樹脂100質量部に対して、(C)塩素化ポリエチレンを20質量部以下含むことを特徴とする請求項1に記載の管用塩化ビニル樹脂組成物。
  3. 前記(A)塩化ビニル樹脂100質量部に対して、(D)アクリル加工助剤を20質量部以下含むことを特徴とする請求項1または2に記載の管用塩化ビニル樹脂組成物。
  4. 前記(A)塩化ビニル樹脂が、エチレン成分を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の管用塩化ビニル樹脂組成物。
  5. JIS7161−2に規定される引張特性試験において、降伏強度が20MPa以上であり、かつ、破断伸度が100%以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の管用塩化ビニル樹脂組成物。
  6. JISK6850に規定される接着特性試験において、引張せん断接着強さが1N/mm以上であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の管用塩化ビニル樹脂組成物。
  7. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の塩化ビニル樹脂組成物を用いてなることを特徴とする管材。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113637238A (zh) * 2021-07-12 2021-11-12 安踏(中国)有限公司 一种免打粗运动鞋底及其制备方法

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