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COMPOSITIONS POLYMERIQUES ET MATIERES FIBREUSES ET AUTRES,
OBTENUES A PARTIR DE CES COMPOS ITIONS .
L'invention est relative à des produits polymériques; et elle concerne plus spécialement des fibres, des poils, des monofilaments, etc. désignés ci-après par le mot "fibres" et d'autres articles façonnés tels que des films, des feuilles, des rubans et des objets moulés obtenus à partir de produits résultant de la réaction 1) de polymères formateurs de fibres et contenant de l'hydrogène réactif et 2) de résines d'éthers phénoliques aldéhyde époxy alocyliques ces résines étant dénommées ci-après "résines époxy- alcoxy aryles" dont question dans les troisdemandes de brevet déposées ce jour au même nom sous les titres respectifs.- "Perfectionnements apportés aux compositions résineuses et à leur procédé de fabrication".
"Résines polymériques et leur procédé de fabrication" et "Perfectionnements apportés aux résines polymériques et à leur préparation".
Pour divers usages il est désirable qu'une matière résineuse qui normalement sert à former des fibres puisse être convertie de préférence¯en peu de temps et dans des conditions relativement modérées et qui peuvent d être réalisées aisément, en un produit qui résiste davantage à la chaleur et aux solvants et, avantageusement, en un produit ayant de meilleures caracté- ristiques de résistance. Ceci est surtout vrai pour l'obtention de fibres et d'autres articles façonnés.
On a trouvé que diverses propriétés de compositions résineuses con- tenant de l'hydrogène réactif et qui conviennent à la production de fibres et d'autres articles façonnés peuvent être améliorées en les faisant réagir avec des matières polymériques représentées, tout au moins en partie, par la formule suivante
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dans laquelle R est de l'hydrogène ou un groupement alcoyle, alcoylène, aryle aralcoyle, alcaryle., cycloalcoyle ou furyle :
X et Y sont de l'hydrogène, du chlore ou un groupement alcoyle ou hydroxy;
R' est de l'hydrogène, du chlore ou un groupement hydrocarboné tel qu'un groupement alcoyle, aryle, aralcoyle, alcaryle ou cycloalcoyle; m est un nombre entier au moins égal à 3 ;
et Z est de l'hydrogène ou un groupement époxy-alcoyle, au moins un Z par molécule polymère étant un groupement époxyalcoyle, ces groupements ayant pour formule
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dans laquelle n est un nombre entier ayant une valeur qui avantageusement n'est pas supérieure à 8, les valences non occupées de la formule étant satisfaites par de l'hydrogène ou un groupement alcoyle ne contenant pas plus de 7 atones de carbone, le nombre des atomes de carbone dans un groupement époxyalcoyle ne dépassant pas, en tout, 10.
Les résines époxyalcoxy aryles, qui conviennent à la mise en oeuvre de l'invention,peuvent être préparées, comme spécifié plus en détail dans les autres demandes de brevet indiquées plus haut, par la réaction d'une résine phénolique-aldéhyde thermoplastique d'un phénol ayant pour formule :
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dans laquelle X, Y et R' ont les significations indiquées plus haut, avec un halo-époxyalcane ayant pour formule
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dans laquelle X est un atome d'halogène tel que le chlore ou le brome alors que n est un nombre entier dont la valeur n'est avantageusement pas plus grande que 8, les valences non occupées dans cette formule étant satisfaites par de l'hydrogène ou des groupements alcoyles ne contenant pas plus de 7 atomes de carbone, le nombre des atomes de carbone dans un groupement époxyalcoyle n'étant en tout, pas supérieur à 10.
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Quand un groupement hydroxy phénolique, par unité phénolique de la résine phénolique-aldéhyde thermoplastique est remplacé par un groupement époxyalcoxy la structure moléculaire du produit résineux résultant paraît pouvoir être représentée, tout au moins en partie, par des unités de répé- titions ayant pour formule :
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dans laquelle Ar représente le groupement aromatique dérivé du composé phéno- lique initial ;
R est de l'hydrogène ou un groupement alcoyle, alcoylène, aryle, aralcoyle, alcaryle, cycloalcoyle, ou furyle ; n est un nombre entier dont la valeur n'est, avantageusement, pas plus grand que 8; et m est un nombre entier dont la valeur est au moins égale à 3.
Dans une demande de brevet déposée ce jour au même nom et sous le titre "Perfectionnements apportés aux résines polymériques et à leur prépa- ration" on décrit et revendique des résines époxyalcoxy aryles préparées à partir de phénols substitués avec des hydrocarbures, tels que le p-crésol, etc. avec deux positions ortho et para disponibles pour un groupement hydro- xy phénolique pour la condensation aldéhydique. Une autre demande de brevet, déposée ce jour au même nom et sous le titre :" Perfectionnements apportés aux compositions résineuses et à leur procédé de préparation" a pour objet des résines de phénols substitués avec du chlore, tels que le p-chlorobenzol ou le m-cbloro-p-crésol, ayant deux positions ortho et para disponibles pour la substitution aldéhydique.
Une autre demande de brevet déposée ce jour au même nom et sous le titre "Résines polymériques et leur procédé de fabri- cation" a pour objet des résines obtenues à partir de phénols ayant trois posi- tions ortho et para disponibles, tels que le phénol, le m-crésol, pour une substitution aldéhydique pour laquelle la condensation est réglée par concen- tration aldéhydique en vue d'obtenir des résines thermoplastiques et fusibleso
L'expression "hydrogène réactif", utilisée dans les présentes, se réfère à de l'hydrogène qui peut être remplacé par du sodium ou qui réagit avec un réactif Grignard. Des compositions résineuses qui sont propres à former des fibres et qui'contiennent de l'hydrogène réactif sont, par exemple, la cellulose ou les dérivés de cellulose.
On admet que l'hydrogène réactif est présent dans les polymères cellulosiques sous la forme d'hydrogène réactif cellulosique tel qu'il se trouve dans des dérivés cellulosiques non substitués ou partiellement substitués tels que la cellulose, la nitrocellulose, la cellulose régénérée, les éthers ou esters cellulosiques y compris les esters et éthers mélangés sous la forme d'hydrogène réactif non cellulosique tel qu'il se trouve dans de la cellulose partiellement ou complètement substituée et dans laquelle l'hydrogène réactif fait partie des groupements substituants
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des genres suivants : 0±, OOH9 -NH2' -NE-, -CONH2' -CONHR9 -Ç-OH9 -SE, -SO2NH 2 -SO2NH-, etc. Dans les dérivés partiellement substitués de cette dernière clas- se on trouve à la fois de l'hydrogène réactif cellulosique et de l'hydrogène réactif non-cellulosique.
Des dérivés cellulosiques typiques, qui peuvent être utilisés., comprennent l'acétate de cellulose partiellement substitué, le formiate, le propionate, le butyrate ou l'acétate-butyrate de cellulose, la cellulose de méthyl, d'éthyle ou de benzyle, la cellulose beta-hydroxy-éthyle, les demi-esters cellulosiques de l'acide maléique, l'acide succinique, l'aci- de fumarique.
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D'autres matières résineuses, contenant de l'hydrogène réactif qui peut réagir avec les résines d'éthers époxyalcoyles selon l'invention et qui conviennent avantageusement à la forme d'articles façonnés, tels que des fibres ou films, comprennent les polyamides, l'alcool polyvinylique, les acétates polyvinyliques, l'acétate de polyvinyle partiellement hydroli- sé, l'acétate de polyvinyle les polymères et co-polymères de l'acide acry- lique, l'acide maléique, l'acide fumarique, les demi-esters de l'acide malé- ique ou fumarique, de l'acrylamide, des hydroxy-styrènes, des amino-styrènes des carboxy-styrènes, des co-polymères de divers composés de vinyle et de vinylidène, tels que l'acrylonitrile, le styrène, les acrylates, les métha- crylates, les esters vinyliques avec divers acides carboxyliques non-saturés,
avantageusement ceux n'ayant pas plus de 6 atomes de carbone tels que l'acide acrylique, maléique ou itaconique, ou le maléate de monométhyle les résines phénol-aldéhyde, les résines résorcinol-aldéhyde, les* résines mélamines, les ré- sines urée-formaldéhydq les résines alkyd telles que les résines glycérine- phtalate, les résines éthylène maléate de glycol, ainsique les résines alkyd et phénol-aldéhyde modifiées par des huiles siccatives ou non.
Des phénols substitués en hydrocarbures et comprenant deux posi- tions ortho et para disponibles pour un groupement hydroxy phénolique pour une condensation aldéhydique en vue d'obtenir des résines fusibles qui conviennent à la préparation de résines époxyalcoxy aryles comprenant les o- et p-crésols, les o- et p-éthyl phénols, les o- et p-isopropyl phénols, les o- et p-amyl phé- nols, les o- et p-octyl phénols, les o- et p-nonyl phénols, etc., le 2,5-xyle- nol, le 3,4-xylenol, le 2,5-diéthyl phénol, le 3,4-diéthyl xylenol, le 2,5-di- isopropyl phénol, le 4-méthyl résorcinol, le 4-éthyl résorcinol, le 4-isopro- pyl résorcinol, le 4-tert-butyl résorcinol, etc., les o- et p-benzyl phénol, les o- et p-phénéthyl.phénols,
les o- et p-phénol phénols, les o- et p-tolyl phénols,les o- et p-xylyl phénols, les o- et p-cyclohexyl phénols, les o- et p-cyclopentyl phénols,etc., le 4-phénéthyl résorcinol, le 4-tolyl-résorcinol et le 4-cyclohexyl résorcinol.' Divers phénols substitués en chlore, qui conviennent également à la préparation de résines phénol-aldéhyde pour l'ob- tention de résines époxyalcoxy aryles comportent les o- et p-cbloro-phénols, le 2,5-dichloro-phénol, le 2,3-dicbloro-phénol, le 3,4-dichloro-phénol, le 2-chloro-3-méthyl-phénol, le 2-chloro-5-méthyl-phénol, le 3-chloro-2-méthyl- phénol, le 5-cbloro-2-méthyl-phénol, le 3-chloro-4-méthyl-phényl,
le 4-cbloro- 3-méthyl-phénol, le 4-cbloro-3-éthyl-phénol, le 4-chloro-3-isopropyl-phénol,
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le 3-cbloro-4-phényl-phénol le 3-ohloro-!-ohloro-phényl phénol, le 3,5-dichlo- ro-4-méthyl-phénol, le 3,5-dichloro-5-méthyl-phénol, le 3,5-dichloro-2-méthyl phénol, le 2,3-dichloro-5-méthyl-phénol, le 2,5-dicbloro-3-méthyl-phénol, le
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3-chloro 1,5-diméthylphénol, le 4-chloro-3,5-diméthyl-phénol, le 2-chloro- 3,5-diméthyl-phénol, le 5=chloro 2,3diméthylmphénol, le 5-chloro-3,4-diméthyl- phénol, le 283,5trichloro phénol, le 3e495-trichloro-phénol, le 4-cbloro-ré- sorcinol, le 4,5-dichloro-résorcinol, le 4-chloro-5-méthyl-résorcinol, et le 5-chloro-4-méthyl-résorcinol.
Des phénols typiques qui ont plus de deux positions ortho ou para disponibles pour un groupement hydroxy phénolique pour une condensation aldé- hydique et qui, lorsque cette condensation est réglée, peuvent également être utilisés pour l'obtention de résines fusibles convenant à la préparation des résines époxyalcoxy aryles qui sont satisfaisantes en étant utilisées selon l'invention sont;
le phénol, le m-crésol, le 3,5-xylénol, les m-éthylet m-isopropyl phénols, les m,m'-diéthyl et di-isopropyl phénols, les m-butyl- phénols, les m-amyl-phénols, les m-octyl phénols, les m-nonyl phénols, les ré- sorcinol, le 5-méthyl résorcinol et le 5-éthyl résorcinol.'
Comme agents de condensation on peut se servir de n'importe quel aldéhyde qui se condense avec le phénol particulier utilisé notamment le formal- déhyde, l'acétaldéhyde, le propionaldéhyde, le butyraldéhyde, l'heptaldéhyde, le cyclohexanone, le cyclohexanone" de méthyle, le cyclopentanone, le benzaldé- hyde et les benzaldéhydes dont le noyau est substitué en alcoyle tels que l'al- déhyde toluique, le naphtaldéhyde, le furfuraldéhyde, le glyoxal,
l'acroléine ou des composés capables de fournir des aldéhydes tels que le paraformaldéhyde et la tetramine d'hexaméthylèneo Les aldéhydes peuvent également être utilisés
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sous la forme d'une solution telle que la formaline commerciale. Des détails plus complets au sujet de la préparation et des variantes possibles sont donnés dans les autres demandes de brevet dont question plus haut.
Alors que des éthers glycidyliques, tels que ceux dérivés de l'épichlorhydrine, sont particulièrement préférés pour la mise en oeuvre de l'invention, les résines époxyalcoxy aryles,contenant des groupements époxyalcoxy ayant un nombre d'atomes de carbone plus grand, conviennent également.
Ces résines sont préparées en remplaçant l'épichlorhydrine par des chlorures ou bromures représentatifs correspondants des monohydroxy époxyalcanes tels que
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le 1-chloro-2,3époxybutane, le 1-chloro-3,/+-époxybutane, le 2-chloro-3,4-époxy- butane, le 1-chloro-2-méthyl-2,3-' epoxy-propane, le 1-bromo-2,3-époxypentane, le 2-ehlorométhyl 1.,2-époxybutane, le 1-bromo-4-méthyl-3,4-époxypentane., le 1-bromo l-éthyl-2,3-époxypentane, le l-chloro-2 méthyl-g3-époxypentane, le 1- chloro-2,3-époxyoctane, le 1-chloro-2-méthyl-2,3-époxyoctane, bu le 1-chloro- 2,3-époxydecane. Bien qu'il soit possible de se servir d'halo-époxyalcanes ayant un nombre d'atomes de carbone plus grand que celui indiqué plus haut, on n'obtient généralement aucun avantage en se servant de produits dans les- quels ce nombre est supérieur à 10.
Le nombre de groupements glycidyles ou autrement époxyalcoyles à ajouter dépend des propriétés désirées pour le produit final. Généralement, plus le nombre de groupements époxy présents dans le polymère est grand, plus l'efficacité du polymère est élevée quand il est utilisé comme agent de liai- son transversale pour la mise en oeuvre de l'invention. Des propriétés sa- tisfaisantes pour les liaisons transversales sont généralement obtenues quand le remplacement des groupements hydroxy par des groupements époxy-alcoxy n'est pas complet. Les résultats obtenus pour divers degrés de substitution va- rient également avec la structure et le poids moléculaire de la résine phéno- lique-aldéhyde particulière et fusible que l'on utilisa.
Il est souvent désirable d'adopter une substitution d'au moins 30% environ bien que des degrés moindres puissent parfois donner satisfaction alors,que des degrés supérieurs sont parfois préférés. Le degré de substitution est réglé par la quantité de halo-époxyalcane que l'on fait réagir avec la résine phénolique aldéhyde préparée à l'avance. Les groupements hydroxy phénoliques restants peuvent être convertis en groupements éthers ou esters par des réactions bien con- nues.
Les résines époxyalcoxy aryles thermoplastiques peuvent être in- corporées dans la composition contenant l'hydrogène réactif par des moyens ap- propriés. Elles peuvent par exemple être introduites dans les compositions de filage de la résine contenant l'hydrogène réactif, telles que.l'acétate de cellulose, l'acétate d'éther cellulosique, l'acétate de polyvinyle partiel- lement ou complètement saponifié ou un copolymère d'acrylonitrile tel que le copolymère acrylonitrile-acide acrylique,etc.
Les compositions obtenues peu- vent alors être filées en fibres, films, poils, filaments, etc. qui peuvent être traités, pendant le filage ou l'étirage à froid ou après ces opérations, par la chaleur,par des catalyseurs, etc., afin de faire réagir la résine époxyalcoxy aryle avec l'hydrogène réactif de l'acétate de cellulose ou de l'acide acrylique dans le copolymère acrylonitrile-acide acrylique, etc. pour améliorer la résistance à la chaleur et aux solvants ainsi que d'autres propriétés des fibres et autres articles façonnés obtenus.
Avec les composi- tions, obtenues selon l'invention, il est possible, après l'étirage à froid de certaines fibres et par l'orientation de leurs molécules polymères dans les fibres suivant une orientation sensiblement permanente, d'améliorer les propriétés de ces fibres, notamment leur résistance à la traction et leur élasticité. L'étirage à froid peut être défini comme correspondant à l'allon- gement d'une matière polymérique à une température inférieure au point de fu- sion de cette matière afin que l'on obtienne une structure dans laquelle les molécules sont orientées.
De plus, les résines époxyalcoxy aryles peuvent être introduites dans des résines contenant de l'hydrogène réactif par imprégnation. Par exem- ple, des fibres en polyamides ou en rayonne de viscose ainsi que d'autres ar-
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ticles façonnés peuvent être imprégnés d'une solution d'une résine époxyalco- xy aryle après quoi ils sont traités par la chaleur, des catalyseurs, etc., pour évaporer le solvant et pour obliger la résine à réagir avec l'hydrogène réactif de la polyamide, de la rayonne viscose, etc. Les articles imprégnés peuvent être étirés à froid avant ou après l'interréaction des deux résines pour obtenir l'orientation des molécules polymères.
Les exemples ci-après, qui sont nullement restrictifs ou limitatifs, sont relatifs à la préparation de certaines compositions selon l'invention, les "parties" et "pourcentages" étant indiqués en poids dans ces exemples.
EXEMPLE I. - Deux copolymères acrylonitrile-acide itaconique contenant res- pectivement 1 et 5% d'acide itaconique sont préparés par la polymérisation en émulsion suivante. Une centaine de parties du mélange monomère sont, dans chaque cas, ajoutées lentement, en moins d'une heure et à 30-50 , à 750-1000 parties d'eau.distillée dans laquelle est dissoute de 0,6 à 1 partie de per- sulfate d'ammonium,0,6 à 1,5 parties de bisulfite de sodium et 0,5 parties de dodécyl benzène sulfonate de sodium. La polymérisation est poursuivie pendant 1 à 3 heures pendant lesquelles environ 90% du copolymère solide sont précipi- tés. Les copolymères obtenus ont des poids moléculaires dépassant 10.000 et des indices d'acidité à peu près théoriques.
Dans chaque cas le co-polymère est dissous dans de la N,N-diméthyl formamide et on ajoute à la solution 2% (basés sur le poids du copolymère) d'un éther glycidylique dérivé d'un produit de condensation formaldéhyde-p- crésol dans lequel le m de la formule indiquée plus haut a une valeur moyenne d'environ 5, la résine contenant une moyenne d'environ 2,5 groupements glycidy- les par molécule polymère. Des fibres sont filées hors de ces solutions par filage à sec ou filage humide dans des bains d'eau. Les fibres sont, en sub- stance,débarrassées du solvant, séchées et étiréesà froid de 600 à 800% à 130-145 pour être ensuite traitées par la chaleur à 150 pendant une heure pour obtenir les liaisons transversales et donner aux fibres une bonne solidi- té et une résistance améliorée à la chaleur.
EXEMPLE II.- On dissout un acétate de cellulose, contenant environ 55% d'acide acétique combiné, dans de l'acétone et on ajoute à la solution 3% (basés sur le poids de l'acétate de cellulose) de la résine éther -glycidylique utilisée pour l'exemple I. Les fibres sont filées hors de cette solution par un filage à sec et, après enlèvement pour ainsi dire complet du solvant hors des fibres, celles-ci sont traitées à chaud à environ 75 pendant à peu près deux heures pour obtenir les liaisons transversales et des fibres ayant une bonne résis- tance.
Les quantités satisfaisantes de la résine époxy-alcoxy aryle varient évidemment avec les propriétés de la résine utilisée, c'est-à-dire avec le nom- bre de groupements époxy en présence, etc. Toutefois, les effets de la résine époxyalcoxy aryle sont déjà notables avec une quantité aussi réduite que 0,1% en poids de cette résine, par rapport au poids des matières polymériques et formateurs de fibres. On obtient, toutefois, des effets plus avantageux avec au moins 1% en poids. Généralement on n'obtient aucun avantage spécial quand on dépasse 5% et quand le produit polymérique est transformé en fibres. Par contre, quand il s'agit d'autres articles façonnés, tels que des pièces moulées, le mélange peut contenir jusqu'à 50% de cette résine.
Les réactions des résines époxyalcoxy aryles avec des résines conte- nant de l'hydrogène réactif peuvent être favorisées par un apport de chaleur quand la résine contenant de l'hydrogène réactif est suffisamment active mais divers catalyseurs peuvent être utilisés avantageusement pour faciliter cette réaction. Des catalyseurs très efficaces sont les acides carboxyliques di- basiques et leurs anhydrides tels que l'acide oxalique, maléique, phtalique, etc. les amines et plus spécialement les amines aliphatiques secondaires comme la diéthylamine, la dibutylamine, la triamine de diéthylène, la pipéridine et les dérivés de ces amines comme le benzoate de piperidine.
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La triméthylamine, la triéthyl amine, la tri éthanol amine,, la di-n-propylamine de méthyle, la guanidine; les dérivés de guanidine, etc., sont également satis- faisants. Alors que d'autres catalyseurs., comme ceux de Friedel-Crafts et des catalyseurs inorganiques et basiques aident à la réaction, ils ne convien- nent généralement pas pour l'application envisagée comme le font les acides organiques, leurs anhydrides et les amines. Des catalyseurs inorganiques de ce genre qui sont efficaces comprennent le chlorure ou le bromure d'aluminium ou de zinc, le trifluorure de bore, le tétrachlorure de silicium, le chloru- re ou bromure d'étain, le tétrachlorure de titane, le trichlorure de bismuth et analogues ainsi que les catalyseurs inorganiques et basiques tels que les hydroxydes alcalins, l'oxyde de calcium, la sodamide, etc.
Environ 1 à 10% d'un catalyseur, basés sur le poids de la résine époxyalcoxy aryle, convien- nent généralement pour obtenir l'effet désiré. Les catalyseurs peuvent être ajoutés à cette résine ou peuvent intervenir avantageusement à l'état de so- lution, après l'addition de cette résine. La réaction est favorisée par des températures de 0 à 60 et parfois jusqu'à 100 et au-delà.
Des solvants peuvent améliorer la fluidité de ces résines avant leur mélange aux produits polymériques et formateurs de fibres. Les solvants volatils qui conviennent généralement à la dilution de ces compositions rési- neuses comprennent des solvants actifs tels que les cétones comme l'acétone, le méthyl éthyl cétone, des esters tels que l'acétate de méthyle, d'éthyle, de n-butyle, etc., des composés choisis tels que le chloroforme, le dichlorure d'éthylène, l'éther dichloro-éthylique, etc, l'acétate de beta-hydroxy-éthy- le, le beta-butoxy-éthanol et, dans certains cas, des parties égales de toluè- ne et d'alcools tels que l'éthanol.
La viscosité des compositions résineuses, obtenues selon l'invention, peut également être réglée en se servant des poids moléculaires différents, par exemple en utilisant un mélange de 5 parties d'une telle résine pour laquelle le m est égal à 3 avec 1 partie d'une résine pour laquelle le m est égal à 10.
De plus, la viscosité de l'une quelconque de ces résines peut être réglée en dissolvant la résine dans un dérivé d'époxy-alcane monomérique qui réagit avec la résine,tel qu'un éther glycidyl aryle ayant pour formule :
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dans laquelle Ar est un groupement aromatique, le restant de la formule corres- pondant à ce qui a été dit à propos de Z dans la première formule. Cet éther peut être par exemple, C6H5- 0 - CH- CH - CH2, éther phényl glycidylique, (CH3)2 CH - C6H4 - 0 - CH2 - CH - CH2, éther isopropyl-phényl glycidylique, des ethers o- et p-monobutyl-meta-crésyl-glycidyliques, etc, ainsi que d'au- tres dérivés réactifs et monomériques d'époxyalcanes comme l'acétate de glyci- dyle, les phtalates de mono- et di-glycidyle, etc.
Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui pré- cède, l'invention ne se limite aucunement à celui de ses modes d'application non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant plus spécialement été indiqués; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes.
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