JPH06287286A - 不飽和ポリエステルの製造法および樹脂組成物 - Google Patents

不飽和ポリエステルの製造法および樹脂組成物

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JPH06287286A
JPH06287286A JP7437593A JP7437593A JPH06287286A JP H06287286 A JPH06287286 A JP H06287286A JP 7437593 A JP7437593 A JP 7437593A JP 7437593 A JP7437593 A JP 7437593A JP H06287286 A JPH06287286 A JP H06287286A
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acid
unsaturated polyester
unsaturated
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JP7437593A
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Tomoaki Aoki
知明 青木
Minoru Fujishima
稔 藤島
Noboru Yashiro
登 矢代
Shunji Masuda
舜治 増田
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Resonac Corp
Original Assignee
Hitachi Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】硬化物の機械的強度や耐沸水性を低下させるこ
となく、架橋性モノマの逸散量の低減を図ることができ
る不飽和ポリエステルの製造法およびこの不飽和ポリエ
ステルを用いた樹脂組成物を提供する。 【構成】一般式 (I) 【化1】 (式中、nは1または2を示し、Rは芳香族基または炭
素数2〜25の脂肪族基を示す)で表されるヒドロキシオ
キシアルキルジシクロペンタジエン(X) と不飽和多塩基
酸および/または飽和多塩基酸(Y) とを当量比〔 (X):
(Y) 〕が1:0.5〜4.0 の範囲で反応させて酸価30〜300
のエステル化物(Z) を製造し、次いで該エステル化物
(Z) と不飽和エポキシド(W) を、(Z) の酸当量と(W) の
エポキシ当量の比〔 (Z):(W) 〕が1:2.0 〜0.5 の範
囲で酸価が0〜70となるように反応させる不飽和ポリエ
ステルの製造法および前記の不飽和ポリエステルを100
〜50重量部および架橋性モノマを0〜50重量部の範囲で
総量を100 重量部として含有してなる樹脂組成物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は不飽和ポリエステルの製
造法および樹脂組成物に関し、さらに詳しくは繊維強化
プラスチック(FRP)の成形法であるハンドレイアッ
プ法(HU)またはスプレイアップ法(SU)において
不飽和ポリエステル樹脂の諸性能を損なうことなく架橋
性モノマの逸散量を低減することができ、かつ速硬化性
によりレジントランスファーモールディング(RTM)
法にも適用できる新規な不飽和ポリエステルの製造法お
よび樹脂組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、不飽和ポリエステル樹脂は、常温
・常圧で成形可能で、硬化に際して副生成物を生じない
ため取扱いが容易であり、しかも硬化物の諸特性が優れ
ているため、浴槽、浄化槽、タンク類、船艇などのFR
P分野のほか、化粧板、パテなどの塗装分野で多用され
ている。
【0003】しかし、近年、労働安全衛生法の規制強
化、強烈な臭気などの作業環境による雇用不足問題、大
気汚染に関する環境問題などから、不飽和ポリエステル
樹脂の含有する架橋性モノマ、特にスチレン逸散量の低
減に対する要求が高まっている。この要望に応えるもの
として、特開昭52−6935号公報には、樹脂の数平
均分子量を小さくして樹脂組成物の高固形分化を図る、
いわゆるハイソリッド化手法による架橋性モノマ含有量
の低減法が提案されているが、硬化物の諸特性が従来の
不飽和ポリエステル樹脂に比べ著しく劣るという欠点が
あった。また特開昭64−100330号公報は、ヒド
ロキシル化ジシクロペンタジエンと無水マレイン酸から
ジシクロペンタジエニルオキシマレエートを合成し、こ
れを出発原料として不飽和ポリエステルを合成し、さら
に末端基をアクリル変性して低分子量化し、低粘度、低
スチレン逸散量を図る方法を提案しているが、硬化物の
機械的強度が低くかつ脆いという問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記の従来
技術の問題を解決し、硬化物の機械的強度や耐沸水性を
低下させることなく、架橋性モノマの逸散量の低減を図
ることができる不飽和ポリエステルの製造法およびこの
不飽和ポリエステルを用いた樹脂組成物を提供するもの
である。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
について鋭意検討した結果、常温で比較的低粘度であ
り、溶解性に優れたヒドロキシオキシアルキルジシクロ
ペンタジエンに着目し、これに多塩基酸を媒体として不
飽和基を導入することにより、上記課題を解決できるこ
とを見出し、本発明に到達した。
【0006】すなわち、本願の第1発明は、一般式
(I)
【化2】 (式中、nは1または2を示し、Rは芳香族基または炭
素数2〜25の脂肪族基を示す)で表されるヒドロキシ
オキシアルキルジシクロペンタジエン(X)と不飽和多
塩基酸および/または飽和多塩基酸(Y)とを当量比
〔(X):(Y)〕が1:0.5〜4.0の範囲で反応
させて酸価30〜300のエステル化物(Z)を製造
し、次いで該エステル化物(Z)と不飽和エポキシド
(W)を、(Z)の酸当量と(W)のエポキシ当量の比
〔(Z):(W)〕が1:2.0〜0.5の範囲で酸価
が0〜70となるように反応させることを特徴とする不
飽和ポリエステルの製造法に関する。本願の第2発明
は、前記の不飽和ポリエステル100〜50重量部およ
び架橋性モノマ0〜50重量部を総量を100重量部と
して含有してなる樹脂組成物に関する。
【0007】本発明に用いられる一般式 (I) で表され
るヒドロキシオキシアルキルジシクロペンタジエン
(X)は、ジシクロペンタジエンと多価アルコールを強
酸性触媒の存在下で反応させて得られる付加反応物であ
る。この反応は公知であり、例えば、米国特許第239
3609号明細書またはジャーナル・オブ・ザ・ケミカ
ル・ソサイエティ、68.8、(1945)に報告され
ているように、強鉱酸触媒またはルイス酸触媒などの均
一系強酸触媒の存在下でグリコールとジシクロペンタジ
エンを付加反応させて一般式 (I) で表される付加反応
物を得ることができる。
【0008】反応に用いる多価アルコールとしては、芳
香族基または炭素数2〜25の脂肪族基を有していれ
ば、グリコールおよびトリオールのいずれでもよい。多
価アルコールは脂肪族基と芳香族基の両者を含んでもよ
く、またこれらの基に酸素を含んでもよい。グリコール
としては、例えばエチレングリコール、1,3−プロパ
ンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,2−プロ
ピレングリコール、1,3−ブタンジオール、ネオペン
チルグリコール、1,4−ブタンジオール、ジエチレン
グリコール、ジプロピレングリコール、水添ビスフェノ
ールA、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加
物等が挙げられる。またトリオールとしては、例えばグ
リセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエ
タン等が挙げられる。これらの多価アルコールのうち、
ヒドロキシオキシアルキルジシクロペンタジエン(X)
の蒸留精製および得られる不飽和ポリエステルの硬化物
の機械的特性の点から脂肪族基の炭素数は2〜25の範
囲とされる。エチレングリコール、1,2−プロピレン
グリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリ
コール、グリセリン等の融点が低く常温で液体のものが
好ましい。芳香族基は通常、2個以下が含まれる。
【0009】本発明に用いられる多塩基酸成分(Y)の
不飽和多塩基酸としては、マレイン酸、フマル酸、イタ
コン酸、シトラコン酸、メタコン酸、塩素化マレイン酸
など公知のα,βー不飽和二塩基酸またはこれらの無水
物が挙げられ、また飽和多塩基酸成分としては、フタル
酸、イソフタル酸、テレフタル酸、モノー、ジー、トリ
クロルフタル酸、ヘット酸、テトラブロムフタル酸、ア
ジピン酸、トリメリット酸等公知の飽和酸またはこれら
の無水物等が挙げられる。これらのうち、酸無水物が好
ましく、マレイン酸無水物がより好ましい。
【0010】本発明に用いられるエステル化物(Z)
は、ヒドロキシオキシアルキルジシクロペンタジエン
(X)と上記の多塩基酸成分(Y)を当量比〔(X):
(Y)〕が1:0.5〜4.0、好ましくは1:1.5
〜2.5の範囲で反応させ、エステル化反応を進め、酸
価を30〜300、好ましくは100〜250に調整し
て得られる。多塩基酸成分(Y)の当量比が0.5未満
ではエステル化物(Z)の酸価が30未満となり、また
当量比が4.0を超えると酸価が300を超えるが、エ
ステル化物(Z)の酸価が30未満では後述する不飽和
エポキシド(W)の使用量が少なくなり、得られる不飽
和ポリエステル中の不飽和基含有量が低くなるため、硬
化性および硬化物の特性、特に耐薬品性および耐沸水性
が低下する。またエステル化物(Z)の酸価が300を
超えると逆に不飽和エポキシド(W)の使用量が多くな
り、得られる不飽和ポリエステル中の不飽和基含有量が
過剰になるため、硬化物の曲げ強さ等の機械的特性が低
下する。エステル化の反応温度は通常50〜200℃で
あり、酸無水物類を用いた場合の好ましい反応温度は6
0〜120℃である。また飽和酸類については、例えば
トルエン、キシレンなどを使用して溶剤循環法によって
100〜200℃の温度範囲で同様にエステル化反応を
進める。
【0011】本発明で用いられる不飽和エポキシド
(W)としては、例えばアリルグリシジルエーテル、シ
クロヘキサンビニルオキシド、グリシジルアクリレー
ト、グリシジルメタクリレート、エポキシ樹脂のエポキ
シ基1当量に対してメタクリル酸および/またはアクリ
ル酸を0.5〜0.7当量付加反応させた化合物などが
挙げられる。これらは併用してもよい。これらのうち、
不飽和モノエポキシドが好ましく、アリルグリシジルエ
ーテルまたはグリシジルメタクリレートがより好まし
い。
【0012】本発明における不飽和ポリエステルは、上
記のエステル化物(Z)と不飽和エポキシド(W)を、
(Z)の酸当量と(W)のエポキシ当量の比〔(Z):
(W)〕が1:2.0〜0.5、好ましくは1:1.3
〜0.8の範囲となるように混合し、開環付加反応さ
せ、酸価を0〜70に調整することにより得られる。
(W)のエポキシ当量が0.5未満では、不飽和ポリエ
ステルの酸価が高くなり、硬化物の耐薬品性が劣る。一
方、(W)のエポキシ当量が2.0を超えると合成中に
ゲル化を起こしやすい。成分(W)にアリル基を有する
場合の開環付加反応は不活性ガス雰囲気中で65〜15
0℃の範囲で行なうことが好ましく、(メタ)アクリロ
イル基を有する場合は、空気気流中で65〜130℃の
範囲で行なうことが好ましい。成分(W)の開環付加反
応の際には開環触媒として第3級アミン、第4級アンモ
ニウム塩、安息香酸カリウム等を合成仕込み量に対して
0.001重量%〜1.0重量%の範囲で使用すること
ができる。
【0013】本発明の製造法により得られる不飽和ポリ
エステルは、自己共重合性を有しているため単独でも使
用できるが、架橋性モノマと併用して樹脂組成物として
もよい。架橋性モノマとしては、例えばスチレン、αー
メチルスチレン、(メタ)アクリル酸エステル類等が挙
げられる。硬化性および硬化物の特性の点からはスチレ
ンおよびメチルメタクリレートが有効である。また、例
えばラウリル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエ
チル(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパント
リメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレー
トなどは低臭気性架橋性モノマとして有効である。これ
らの架橋性モノマは併用してもよい。架橋性モノマは、
不飽和ポリエステルが100〜50重量部および架橋性
モノマが0〜50重量部の範囲で総量を100重量部と
して用いることが好ましい。架橋性モノマの使用量がこ
の範囲を超えると硬化時の架橋性モノマの逸散量が多
く、また得られる硬化物の機械的特性が低下する傾向が
ある。
【0014】本発明の不飽和ポリエステルと架橋性モノ
マを含有する樹脂組成物には、例えばガラスマット、カ
ーボンファイバ、ケブラーマット等の無機または有機化
合物の補強材、タルク、炭酸カルシウム等の充填剤、キ
ナクリドン系染料等の染料、チタン白、マピコエロー、
カーボンブラック等の顔料、シリコンオイル、フッ素オ
イル等の離型剤、コバルト、マンガン、銅、バナジウム
等の金属石鹸などの促進剤、ジメチルアニリン、ジエチ
ルアニリン、トリメチルメタトルイジン、ジエチルメタ
トルイジン等の促進助剤、メチルエチルケトンパーオキ
サイド、過酸化ベンゾイル等の硬化剤を任意に選択して
使用できる。また光重合開始剤を添加することによりU
V硬化性樹脂としても利用できる。
【0015】
【実施例】以下、本発明を実施例により説明するが、本
発明はこれに限定されるものではない。 (1)ヒドロキシエチルモノエーテルジシクロペンタジ
エン(X-1) の製造 攪拌機、冷却器、温度計および滴下漏斗を備えた0.5
リットルの4つ口フラスコに、エチレングリコール12
4gおよびパラトルエンスルホン酸19.4gを仕込み
120℃に昇温し、ジシクロペンタジエン264gを1
時間かけて滴下した。滴下終了後さらに120℃2時間
保温した後、反応液をナトリウムメチラート20gで中
和した。この中和液を120℃/2mmHgで蒸留し、ヒド
ロキシエチルモノエーテルジシクロペンタジエン200
gを回収した。 (2)ヒドロキシプロピルモノエーテルジシクロペンタ
ジエン(X-2) の製造 上記(1)と同様の装置にプロピレングリコール152
gおよびパラトルエンスルホン酸20.8gを仕込み1
20℃に昇温し、ジシクロペンタジエン264gを1時
間かけて滴下した。滴下終了後さらに120℃2時間保
温した後、反応液をナトリウムメチラート21.4gで
中和した。この中和液を125℃/2mmHgで蒸留し、ヒ
ドロキシプロピルモノエーテルジシクロペンタジエン2
00gを回収した。
【0016】実施例1 ヒドロキシエチルモノエーテルジシクロペンタジエン(X
-1) 200g(1.0当量)とマレイン酸無水物98g
(2.0当量)を攪拌機、冷却器、温度計およびガス導
入管を備えた0.5リットルの4つ口フラスコに仕込
み、これを窒素ガス気流中で120℃で2時間加熱し、
酸価190mgKOH/g のエステル化物(ジシクロペンタジ
エニルオキシエチルマレエート(一部にフマレートを含
む)(Z-1)を得た。このエステル化物(Z-1) 300g
(1.0酸当量)にグリシジルメタクリレート150g
(1.1エポキシ当量)、安息香酸カリウム4.5gお
よびハイドロキノン0.45gを加え、空気気流中で1
10℃で3時間加熱し、酸価20mgKOH/g 、粘度約5P
a・sの淡黄色の不飽和ポリエステルAを得た。
【0017】実施例2 実施例1と同様の装置にヒドロキシプロピルモノエーテ
ルジシクロペンタジエン(X-2) 200g(1.0当量)
とフマル酸128g(2.2当量)を仕込み、さらにト
ルエン20gを添加して、窒素ガス気流中で140℃3
時間、溶剤循環法によってエステル化反応を進め、最後
に50℃/350mmHgでトルエンを除去して、酸価23
0mgKOH/g のエステル化物(Z-2) を得た。この反応物(Z
-2) 244g(1.0酸当量)にグリシジルメタクリレ
ート156g(1.1エポキシ当量)、安息香酸カリウ
ム4.0gおよびハイドロキノン0.4gを加え、空気
気流中で110℃で3時間加熱し、酸価20mgKOH/g 、
粘度約7Pa・sの赤褐色の不飽和ポリエステルBを得
た。
【0018】実施例3 実施例1で得られた酸価190mgKOH/g のエステル化物
(ジシクロペンタジエニルオキシエチルマレエート(一
部にフマレートを含む)(Z-1) 300g(1.0酸当
量)に、アリルグリシジルエーテル125g(1.1エ
ポキシ当量)、テトラメチルアンモニウムクロライド
4.2gおよびハイドロキノン0.42gを加え、窒素
ガス気流中で70℃から110℃に昇温し、110℃で
3時間加熱して、酸価20mgKOH/g 、粘度7.5Pa・
sの茶褐色の不飽和ポリエステルCを得た。
【0019】実施例4 ヒドロキシエチルモノエーテルジシクロペンタジエン(X
-1) 194g(1.0当量)とマレイン酸無水物80g
(1.6当量)およびフタル酸無水物30g(0.4当
量)を窒素ガス気流中で120℃2時間加熱し、酸価1
80mgKOH/gのエステル化物(Z-3) を得た。このエステ
ル化物(Z-3) 310g(1.0酸当量)にグリシジルメ
タクリレート170g(1.2エポキシ当量)、テトラ
メチルアンモニウムクロライド4.8gおよびハイドロ
キノン0.48gを加え、空気気流中で110℃4時間
加熱し、酸価20mgKOH/g 、粘度約6.5Pa・sの淡
黄色の不飽和ポリエステルDを得た。
【0020】比較例1 攪拌機、冷却器、温度計およびガス導入管を備えた2リ
ットルの4つ口フラスコに、マレイン酸無水物784g
(8.0モル)とヒドロキシル化ジシクロペンタジエン
(日立化成工業社製、商品名シデカノール)1200g
(8.1モル)を仕込み、窒素ガス気流中で120℃で
4時間加熱し、酸価225mgKOH/g の淡黄色鑞状の反応
物(ジシクロペンタジエニルマレエート)を得た。この
反応物595部を攪拌機、還流冷却器および温度計ガス
導入管を備えた1リットルの4つ口フラスコに入れ、さ
らにフタル酸無水物118g(0.8モル)、マレイン
酸無水物78g(0.8モル)、エチレングリコール1
98g(3.2モル)、ハイドロキノン0.5gおよび
トルエン30gを仕込み、窒素ガス気流中で3時間かけ
て205℃に徐々に昇温した。205℃で5時間加熱後
トルエンを減圧除去し、酸価20mgKOH/g の不飽和ポリ
エステルEを得た。
【0021】比較例2 ヒドロキシル化ジシクロペンタジエン(日立化成工業社
製、商品名シデカノール)150g(1.0モル)、マ
レイン酸無水物98g(1.0モル)を120℃で2時
間加熱し、酸価227mgKOH/g のエステル化物(ジシク
ロペンタジエニルオキシマレエート)を得た。このエス
テル化物250gにさらにグリシジルメタクリレート1
75g(1.2モル)、安息香酸カリウム4.3gおよ
びハイドロキノン0.43gを加え、空気気流中で11
0℃3時間加熱し、酸価20mgKOH/g で粘度約7Pa・
sの淡黄色の不飽和ポリエステルFを得た。
【0022】(試験例)実施例1〜4で得られた不飽和
ポリエステルA〜Dについての硬化物の特性ならびに実
施例1〜4および比較例1、2で得られた不飽和ポリエ
ステルA〜Fと架橋性モノマを表2に示す配合で調製し
た(単位は重量部である)樹脂組成物(A-1) 〜(F-2) の
特性およびその硬化物の特性を下記のようにして調べ、
結果を表1、表2に示した。
【0023】(1)樹脂組成物の特性 (a) 加熱残分(樹脂固形分)の測定 樹脂組成物を金属製シャーレに約1g秤り取り、0.1
mgまで精秤後、105℃で2時間加熱後に再度精秤し、
加熱前の重量に対する割合を百分率で表示した。 (b) スチレン逸散量の測定 25±2℃に調節した恒温室内で樹脂組成物をペトリ皿
に約10gを秤り取り、0.1mgまで精秤後30分間静
置し、静置後の重量減少分を測定した。 (c) スチレン濃度の測定 400mm×400mm×200mmの型の底面にチョップド
ストランドマット(富士ファイバーグラス社製FEM−
G450)を3プライ敷き、樹脂組成物をガラス含有率
が30重量%となるようロールで含浸させ、積層20分
経過後に型内積層面中央部から3mm上の位置でスチレン
ガス検知管(光明理化学工業社製、北川式NO158)
を用いてスチレン濃度を測定した。 (d) 常温硬化特性 JIS K 6901に準じて樹脂組成物について測定
し、最高発熱温度に到達するまでの時間で示した。硬化
には硬化剤としてパーキュアSA(日本油脂社製)2.
0重量%、促進剤として6重量%−ナフテン酸コバルト
0.5重量%を使用した。
【0024】(2)硬化物の特性 不飽和ポリエステルA〜Dおよび樹脂組成物(A-1) 〜(F
-2) それぞれ100重量部に、硬化剤としてパーキュア
SA(日本油脂社製)を2.0重量部、促進剤として6
重量%−ナフテン酸コバルトを0.5重量部添加して塗
料を調製し、これを脱泡後直ちに300mm×300mm×
3mmの注形型に注入して25℃の室温で24時間放置
し、硬化させた。ついで、不飽和ポリエステルA〜Dを
用いた塗料については120℃で2時間、樹脂組成物(A
-1) 〜(F-2) を用いた塗料については50℃で12時間
のアフタキュアを行ない、注型板を作製して以下の測定
を行なった。 (a) 曲げ強さおよび曲げ弾性率の測定 各注型板より80mm×25mm×3mmの試験片を作製し、
JIS K 7203に準じて測定した。 (b) 耐沸水性の測定 各注型板より50mm角の正方形板試験片を作製し、96
±2℃の沸水に浸漬して所定時間ごとに目視観察を続
け、クラックが発生するまでの時間を測定した。
【0025】
【表1】
【0026】
【表2】 表1からは、本発明の不飽和ポリエステルが自己共重合
性を有することが示され、また表2からは、本発明の不
飽和ポリエステルを用いた樹脂組成物(A-1) 〜(D-1) の
架橋性モノマ(スチレン)の逸散量が、従来の不飽和ポ
リエステルを用いた樹脂組成物(E-1) 〜(F-2) に比べて
大幅に低減し、かつ硬化物の機械的強度も優れているこ
とが示される。
【0027】
【発明の効果】本発明の方法で得られた不飽和ポリエス
テルを用いることにより、硬化物の機械的強度および耐
沸水性を損なうことなく架橋性モノマの逸散量の低減を
図ることができる。この不飽和ポリエステルを用いた樹
脂組成物は、ハンドレイアップ(HU)法、スプレーア
ップ(SU)法によるFRP成形に適し、また低粘度で
速硬化性であることからレジントランスファーモールデ
ィング(RTM)法にも適用できる。さらに本発明の方
法で得られた不飽和ポリエステルは、自己共重合性を有
しているのでUV硬化性塗料用樹脂、樹脂改質剤、ポリ
マーコンクリート用などとしても使用できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 増田 舜治 茨城県日立市東町四丁目13番1号 日立化 成工業株式会社山崎工場内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式 (I) 【化1】 (式中、nは1または2を示し、Rは芳香族基または炭
    素数2〜25の脂肪族基を示す)で表されるヒドロキシ
    オキシアルキルジシクロペンタジエン(X)と不飽和多
    塩基酸および/または飽和多塩基酸(Y)とを当量比
    〔(X):(Y)〕が1:0.5〜4.0の範囲で反応
    させて酸価30〜300のエステル化物(Z)を製造
    し、次いで該エステル化物(Z)と不飽和エポキシド
    (W)を、(Z)の酸当量と(W)のエポキシ当量の比
    〔(Z):(W)〕が1:2.0〜0.5の範囲で酸価
    が0〜70となるように反応させることを特徴とする不
    飽和ポリエステルの製造法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の不飽和ポリエステルを1
    00〜50重量部および架橋性モノマを0〜50重量部
    の範囲で総量を100重量部として含有してなる樹脂組
    成物。
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