JP3017558B2 - 粉体塗料用エポキシ樹脂組成物およびその製造方法 - Google Patents
粉体塗料用エポキシ樹脂組成物およびその製造方法Info
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Description
脂組成物に係わり、さらに詳しくは、強靱な塗膜を与え
る粉体塗料用エポキシ樹脂組成物に関する。
品、鋼管等の絶縁被膜、保護被膜、錆止め被膜等を目的
にした粉体塗料用エポキシ樹脂組成物は、ビスフェノー
ルA型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、脂環
型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂、酸無水物、ポリアミ
ン等の硬化剤、第3級アミン、イミダゾール等の硬化促
進剤、充填材、その他の添加剤を配合したものが良く知
られている。また、硬化剤としてイミダゾールをエポキ
シ樹脂に配合した粉体塗料も良く知られている。これら
の粉体塗料は流動浸漬法、静電流動浸漬法等の方法で電
気電子部品に塗装されるものであり、経済的に有利な電
気電子部品の絶縁被覆方法として近年多く用いられるよ
うになった。しかしながら、従来の粉体塗料用エポキシ
樹脂組成物の塗膜は脆いために、熱や力学的な衝撃によ
り塗膜に欠けや剥離が生じ易いという問題がある。この
問題を解決するために、塗膜に可撓性を付与するような
エポキシ樹脂を用いたり、鱗片状又は針状の充填剤を塗
料に添加するなどして塗膜の靱性を高める方法が行われ
ている。しかしながら、可撓性を付与したエポキシ樹脂
を用いる方法は、硬化塗膜の耐熱性を低下させるという
問題があり、また特定の形状の充填剤を添加する方法
は、塗料の溶融流れ性を著るしく低下させ、硬化塗膜の
外観を悪くさせるという問題がある。
題点に鑑みてなされたもので、塗膜の外観を損なうこと
なく、靱性を向上させる粉体塗料用エポキシ樹脂組成物
を提供することにある。
キシ樹脂組成物は、ビスフェノール型エポキシ樹脂、硬
化剤および下記一般式(I)で示すフェノール性水酸基
含有アラミド−ポリブタジェン−アクリロニトリルブロ
ック共重合体とからなることを特徴とする。
(x+y)=0.1〜0.3、z=5〜15の整数、m
=1〜400の整数、n=1〜400の整数、n/(m
+n)=0.01〜0.50、l=1〜50の整数、A
r1 、Ar3 は二価の芳香族基、Ar2 はフェノール性
水酸基を含有する二価の芳香族基を示す。)さらに又、
前記粉体塗料用エポキシ樹脂組成物は、有機溶媒中に前
記一般式(I)で示されるフェノール性水酸基含有アラ
ミド−ポリブタジェン−アクリロニトリルブロック共重
合体を溶解させた後、ビスフェノール型エポキシ樹脂を
加えて加熱反応させ、エポキシ樹脂変性体を生成し、し
かるのち、該エポキシ樹脂変性体、ビスフェノール型エ
ポキシ樹脂および硬化剤を熱溶融混練し、冷却後に粉砕
して分級して調製されることを特徴とする。
れるフェノール性水酸基含有アラミド−ポリブタジェン
−アクリロニトリルブロック共重合体がビスフェノール
型エポキシ樹脂の耐熱性を損うことなく硬化塗膜の靱性
を向上させる理由は定かではないが、上記一般式(I)
で示される共重合体のアラミド成分に含有されているフ
ェノール性水酸基がエポキシ樹脂と反応してアラミド成
分がエポキシ樹脂マトリックス中に分子分散状に取り込
まれ、エポキシ樹脂組成物の耐熱性と靱性の向上がなさ
れると思われる。更にポリブタジェン−アクリロニトリ
ル成分によって熱や力学的な歪に対して応力緩和が計ら
れるので硬化塗膜の外観を損うことなく靱性の向上が行
われるものと推定される。
型エポキシ樹脂は例えばビスフェノールA、ビスフェノ
ールF、ビスフェノールAD、ビスフェノールS、テト
ラメチルビスフェノールA、テトラメチルビスフェノー
ルF、テトラメチルビスフェノールAD、テトラメチル
ビスフェノールS、テトラクロロビスフェノールA、テ
トラブロモビスフェノールAなど各タイプのものが適用
できるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
また、本発明ではこれらを単独または複数併用してもよ
い。本発明に適用する上記ビスフェノール型エポキシ樹
脂の分子量は、好ましくは500〜4000、より好ま
しくは1000〜3000である。
は、下記の方法で合成できる。一般式(I)中のフェノ
ール性水酸基を有する二価の芳香族基Ar2 を持つ芳香
族ジカルボン酸、および一般式(I)中の二価の芳香族
基Ar1 を持ち、かつフェノール性水酸基を有しない芳
香族ジカルボン酸に対して過剰量の一般式(I)中の二
価の芳香族基Ar3 を持つ芳香族ジアミンを加え、これ
らの混合物を例えば、亜リン酸エステルとピリジン誘導
体の存在でN−メチル−2−ピロリドン等のアミド系の
有機溶媒中で、窒素等の不活性雰囲気下に加熱攪拌して
反応させる。この結果、得られる両末端がアミノアリー
ル基となったフェノール性水酸基含有ポリアラミドオリ
ゴマー溶液に、両末端にカルボキシル基をもつポリブタ
ジエン−アクリロニトリル共重合体を添加し、重縮合さ
せることによりブロック共重合体(I)が得られる。
ボン酸としては、5−ヒドロキシイソフタル酸、4−ビ
ドロキシイソフタル酸、2−ヒドロキシフタル酸、3−
ヒドロキシフタル酸、2−ヒドロキシテレフタル酸等が
適用され、又、前記のフェノール性水酸基を有しないジ
カルボン酸としては、フタル酸、イソフタル酸、テレフ
タル酸、4,4′−ビフェニルジカルボン酸、3,3′
−メチレン二安息香酸、4,4′−メチレン二安息香
酸、4,4′−オキシ二安息香酸、4,4′−チオ二安
息香酸、3,3′−カルボニル二安息香酸、4,4′−
カルボニル二安息香酸、4,4′−スルホニル二安息香
酸、1,4′−ナフタレンジカルボン酸、1,5−ナフ
タレンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン
酸、等があるが、これらに限定されるものではない。
−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミンン、メ
タトリレンジアミン、4,4′−ジアミンジフェニルエ
ーテル、3,3′−ジメチル−4,4′−ジアミノジフ
ェニルエーテル、3,3′−ジアミノジフェニルエーテ
ル、3,4′−ジアミノジフェニルエーテル、4,4′
−ジアミノジフェニルチオエーテル、3,3′−ジメチ
ル−4,4′−ジアミノジフェニルチオエーテル、3,
3′−ジエトキシ−4,4′−ジアミノジフェニルチオ
エーテル、3,3′−ジアミノジフェニルチオエーテ
ル、4,4′−ジアミノベンゾフェノン、3,3′−ジ
メチル−4,4′−ジアミノベンゾフェノン、3,3′
−ジアミノジフェニルメタン、4,4′−ジアミノジフ
ェニルメタン、3,3′−ジメトキシ−4,4′−ジア
ミノジフェニルメタン、2,2′−ビス(3−アミノフ
ェニル)プロパン、2,2′−ビス(4−アミノフェニ
ル)プロパン、4,4′−ジアミノジフェニルスルホキ
シド、4,4′−ジアミノジフェニルスルホン、ベンチ
ジン、3,3′−ジメチルベンチジン、3,3′−ジメ
トキシベンチジン、3,3′−ジアミノビフェニル、p
−キシリレンジアミン、m−キシリレンジアミン、等が
あり、本発明ではこれらに限定されるものではない。又
これらを単独又は混合して使用することもできる。
ジシアンジアミド、有機酸ジヒドラジン等の高融点活性
水素化合物、アミンイミドに代表される第三アミン塩、
イミダゾールの塩、三フッ化ホウ素、モノメチルアミ
ン、ピペリジン、トリフロロメタンスルホン酸等の塩で
あるルイス酸やブレステッド酸の塩、芳香族アミン、脂
肪族アミン、アミン樹脂、フェノール樹脂、ポリアミノ
アミド系樹脂、ポリカルボン酸、その酸無水物、さらに
2,2′−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、
2,2′−ビス(2−メチル−4−ヒドロキシフェニ
ル)プロパン、2,2′−ビス(4−ヒドロキシフェニ
ル)メタン、1,1′−ビス(4−ヒドロキシフェニ
ル)エタン、1,1′−ビス(4−ヒドロキシフェニ
ル)ヘキサン、1,1′−ビス(4−ヒドロキシフェニ
ル)ドコシル、2,2′−ビス(4−ヒドロキシフェニ
ル)ブタン、2,2′−ビス(4−ヒドロキシフェニ
ル)ヘキサン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルフ
ォン、ビス(3−クロロ−4−ヒドロキシフェニル)ス
ルフォン、ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフ
ェニル)スルフォン、ビス(4−ヒドロキシ−3,5ジ
ブロモフェニル)スルフォン、ビス(4−ヒドロキシフ
ェニル)スルフィド、ビス(3−メチル−4−ヒドロキ
シフェニル)スルフィド、1,1′−ビス(4−ヒドロ
キシフェニル)シクロヘキサン、4,4′−ジヒドロキ
シベンゾフェノン、ジヒドロキシナフタレン、1,4−
(p−ヒドロキシクミル)ベンゼン等がある。
は、以下の方法で製造する。すなわち、前記一般式
(I)で示されるブロック共重合体を溶媒に溶解した
後、エポキシ樹脂を加えて、上記ブロック共重合体と反
応させて、エポキシ樹脂変性体を生成し、しかるのち、
該変性体とエポキシ樹脂、硬化剤とを溶融混練する方法
が適用される。このエポキシ樹脂変性体を得る方法とし
てビスフェノール型エポキシ樹脂とブロック共重合体
(I)をアミド系の溶媒中で反応させることが適用され
る。アミド系溶媒としてはN,N−ジメチルホルムアミ
ド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−
ピロリドン等が用いられる。エポキシ樹脂の配合量はブ
ロック共重合体(I)に対して、1〜20倍当量、好ま
しくは5〜15倍当量である。この反応はアルカリ金属
水酸化物、第三アミン塩、第四級アンモニウム塩、イミ
ダゾール類、ホスフィン類、ホスホニウム塩、などの触
媒の存在下に50℃以上、好ましくは70℃以上の温度
で1〜30時間行うことによって前記エポキシ樹脂変性
体を生成する。
は、ビスフェノール型エポキシ樹脂、硬化剤、上記エポ
キシ樹脂変性体をエクストルーダー等によって溶融混練
し、常温まで急冷したのち、通常の粉砕手段例えば振動
式カップルミル、ジェットミル、ロールミル等によって
粉砕し、さらに分級して得られる。分級して得た粉体塗
料用としての粒径は250μm以下であることが好まし
い。粒径が250μmより大きい場合は十分な平滑な塗
膜が得られにくい。この粉体塗料による塗装は、浸漬
法、流動浸漬法、スプレー法、静電スプレー法、静電流
動法、真空コーティング法、タンブリング法、カスケー
ド法等の粉体塗装法によって行うことができる。
は、必要に応じて硬化促進剤、染料、顔料、充填剤、酸
化安定剤、光安定剤、カップリング剤、ビスフェノール
型エポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂や他の樹脂、補強
材、フロー調整剤、揺変性付与剤、レベリング剤等を配
合することも出来る。
ェニルホスフィン、及びまたは3級アミン系、例えば、
トリエチルアミン、テトラエタノールアミン、1,8−
ジアザ−ビシクロ[5,4,0]−7−ウンデセン(D
BU)、N,N−ジメチルベンジルアミン、1,1,
3,3−テトラメチルグアニジン、2−エチル−4−メ
チルイミダゾール、N−メチルピペラジン等、ホウ素
系、例えば、1,8−ジアザ−ビシクロ[5,4,0]
−7−ウンデセニウムテトラフェニルポレート等が用い
られる。
00μm 程度の球形又は非球形の溶融シリカ、結晶性シ
リカ、ガラスフレーク、ガラスビーズ、ガラスバルー
ン、タルク、アルミナ、ケイ酸カルシウム、炭酸カルシ
ウム、硫酸バリウム、マグネシア、窒化ケイ素、窒化ホ
ウ素、フェライト、希土コバルト、金、銀、ニッケル、
銅、鉛、鉄粉、酸化鉄、砂鉄等の金属粉、黒鉛、カーボ
ン等一般に知られているものを使用する事が出来る。こ
れらの含有量は、エポキシ樹脂に対して、好ましくは8
00重量%以下、より好ましくは10−600重量%で
ある。含有量が800重量%以上の場合は充填剤が多す
ぎるためバインダーで、これらを固着させることが不可
能である。
キシ樹脂以外のエポキシ樹脂として、例えば、グリシジ
ルエーテル類、グリシジルエステル類、グリシジルアミ
ン類、線状脂肪族エポキシド類、脂環式エポキシド類、
ヒダントイン型エポキシ類、臭素化エポキシ樹脂などが
あり、必要に応じて併用することができる。
が、本発明はこれらに限定されるものではない。 合成例 1 フェノール性水酸基含有アラミド−ポリブタジエン−ア
クリロニトリルブロック共重合体(アラミド部に含有す
るフェノール性水酸基が2モル%)の合成。イソフタル
酸19.60g(118mmol)、3,4′−オキシジア
ニリン26.4g(132mmol)、5−ヒドキシイソフ
タル酸0.41g(2.3mmol)、塩化リチウム3.9
g、塩化カルシウム12.1g、N−メチル−2−ピロ
リドン240ml、ピリジン54mlを1リットルの4ツ口
丸底フラスコの中に入れ、撹拌しながら溶解させた後、
亜リン酸トリフェニル74gを加えて、90℃で4時間
反応させて、フェノール性水酸基含有アラミドオリゴマ
ーを生成させた。得られたフェノール性水酸基含有アラ
ミドオリゴマーに両末端にカルボキシル基を持つポリブ
タジエン−アクリロニトリル共重合体(Hycar C
TBN,BFGoodrich製.ポリブタジエン−ア
クリロニトリル部に含有するアクリロニトリル成分が1
7モル%で、分子量が約3600)48gを240mlの
ピリジンに溶かした溶液を加えて、更に4時間反応させ
た後、室温に冷却し、この反応液をメタノール20リッ
トルに投入して本発明に使用するフェノール性水酸基を
約2モル%含有するアラミド−ポリブタジエン−アクリ
ロニトリルブロック共重合体を析出させた。この析出ポ
リマーを更にメタノールで洗浄して精製し、本発明でい
う前記(1)式で示されるブロック共重合体を得た。こ
のブロック共重合体の固有粘度は0.85dl/g(ジメ
チルアセトアミド,30℃)であった。該ブロック共重
合体粉末を拡散反射法により赤外スペクトルを測定した
ところ、1674cm-1にアミドカルボニル基を、285
6−2975cm-1にブタジエン部分のC−H結合に基づ
く吸収を、2245cm-1にニトリル基に基づく吸収を認
めた。
クリロニトリルブロック共重合体(アラミド部に含有す
るフェノール性水酸基が14モル%)の合成。合成例1
のイソフタル酸19.60g(118mmol)、3,4′
−オキシジアニリン26.4g(132mmol)、5−ヒ
ドキシイソフタル酸0.41g(2.3mmol)と両末端
にカルボキシル基を持つポリブタジエン−アクリロニト
リル共重合体48gの仕込み量をイソフタル酸18.9
3g(120mmol)、3,4′−オキシジアニリン3
0.63g(153mmol)と5−ヒドキシイソフタル酸
3.64g(20mmol)と両末端にカルボキシル基を持
つポリブタジエン−アクリロニトリル共重合体(Hyc
ar CTBN,BF Goodrich製.ポリブタ
ジエン−アクリロニトリル部に含有するアクリロニトリ
ルが17モル%で、分子量が約3600)55.5gに
変えた以外は合成例1と同様の操作を行い、本発明に使
用するフェノール性水酸基を約14モル%含有するアラ
ミド−ポリブタジエン−アクリロニトリルブロック共重
合体を得た。このブロック共重合体の固有粘度は0.8
2dl/g(ジメチルアセトアミド,30℃)であった。
該ブロック共重合体粉末を拡散反射法により赤外スペク
トルを測定したところ、1675cm-1にアミドカルボニ
ル基を、2854−2971cm-1にブタジエン部分のC
−H結合に基づく吸収を、2243cm-1にニトリル基に
基づく吸収を認めた。
(A)の作製〉ジメチルホルムアミド200g中に合成
例1で得られたフェノール性水酸基を2モル%含有した
フェノール性水酸基含有アラミド−ポリブタジエン−ア
クリロニトリルブロック共重合体24gを溶解させた
後、エポキシ樹脂(エピコート828,平均分子量:3
80,エポキシ当量:190±5,(株)油化シェル
製)5.7g、反応促進剤であるトリフェニルホスフィ
ン0.08gを加えて、90℃で2時間反応させた。反
応終了後、反応液を水に添加して樹脂を析出させ、温水
で洗浄を繰り返し、更にテトラハイドロフランを加えて
減圧下でこれらの溶媒を共沸させた後、真空乾燥させ、
アラミド部がエポキシ樹脂に反応したエポキシ樹脂変性
体を含有した樹脂組成物を得た。得られた該樹脂組成物
1mgを約30mlのピリジンに溶解した溶液に、フェノー
ル性水酸基の呈色指示液(無水塩化鉄(III )1gをク
ロロホルム100mlに溶かし、更にピリジン8mlを加え
て後、析出物をろ過して赤色溶液を調整して得られた)
を数滴加えて撹拌したが、全く変色は認められず、この
樹脂にはフェノール性水酸基が全てエポキシ基と反応
し、未反応フェノール残基が含有されていないことを確
認した。
(B)の作製〉合成例2で得られたフェノール性水酸基
が約14モル%含有したアラミド−ポリブタジエン−ア
クリロニトリルブロック共重合体24g、エポキシ樹脂
14.4g、硬化剤であるトリフェニルホスフィン0.
64gをジメチルホルムアミド200gに溶解させて、
前記樹脂組成物(A)と同様な操作を行って、アラミド
−ポリブタジエン−アクリロニトリルブロック共重合体
とエポキシ樹脂との反応生成物であるエポキシ樹脂変性
体を含む樹脂組成物を得た。得られた該樹脂組成物1mg
を約30mlのピリジンに溶解した溶液に、フェノール性
水酸基の呈色指示液(無水塩化鉄(III )1gをクロロ
ホルム100mlに溶かし、更にピリジン8mlを加えて
後、析出物をろ過して赤色溶液を調整して得られた)を
数滴加えて撹拌したが、全く変色は認められず、この樹
脂にはフェノール性水酸基が全てエポキシ基と反応し、
未反応フェノール残基が含有されていないことを確認し
た。
エクストルーダーで110〜130℃で溶融混練してか
ら急冷して樹脂組成物の混合塊を作成した。この混合塊
を粉砕機を用いて微粉砕ののち、分級処理して平均粒子
径70μmの本発明の粉体塗料用エポキシ樹脂組成物を
得た。このエポキシ樹脂組成物を流動浸漬法により鉄板
上(60mm×60mm×3.2mm)に膜厚が0.3mmにな
るように塗布し、熱風循環式電気炉内で180℃,60
分間焼付けた。
分を溶融混練してから粉砕機を通して微粉砕し、比較用
のエポキシ樹脂組成物を得た。
デュポン式衝撃強度試験機を使用して得られたデュポン
式衝撃強度値(ヘッド1/16インチ,荷重1kg)と目
視による塗膜外観(○:良好,×:不良)観測を行っ
た。これらの結果を表1に示す。表1からわかるように
本発明の粉体塗料用エポキシ樹脂組成物はきわめて高い
靭性を示した。
は、塗膜外観性を損なうことなく改善された高い靭性を
有するエポキシ樹脂塗膜を与え、電気部品、電子部品、
自動車部品、鋼管等の絶縁被膜、保護被膜、錆止め被膜
等に好適に使用できる。
Claims (3)
- 【請求項1】 ビスフェノール型エポキシ樹脂、硬化剤
および下記一般式(I)で示すフェノール性水酸基含有
アラミド−ポリブタジェン−アクリロニトリルブロック
共重合体とからなることを特徴とする粉体塗料用エポキ
シ樹脂組成物。 【化1】 (式中、x=3〜7の整数、y=1〜4の整数、y/
(x+y)=0.1〜0.3、z=5〜15の整数、m
=1〜400の整数、n=1〜400の整数、n/(m
+n)=0.01〜0.50、l=1〜50の整数、A
r1 、Ar3 は二価の芳香族基、Ar2 はフェノール性
水酸基を含有する二価の芳香族基を示す。) - 【請求項2】 ビスフェノール型エポキシ樹脂に対して
一般式(I)で示すフェノール性水酸基含有アラミド−
ポリブタジェン−アクリロニトリルブロック共重合体を
0.1〜15重量%含有していることを特徴とする請求
項1に記載の粉体塗料用エポキシ樹脂組成物。 - 【請求項3】 有機溶媒中に一般式(I)で示されるフ
ェノール性水酸基含有アラミド−ポリブタジェン−アク
リロニトリルブロック共重合体を溶解させた後、ビスフ
ェノール型エポキシ樹脂を加えて加熱反応させてエポキ
シ樹脂変性体を生成し、しかるのち、該エポキシ樹脂変
性体、ビスフェノール型エポキシ樹脂および硬化剤を熱
溶融混練したのち、粉砕することを特徴とする粉体塗料
用エポキシ樹脂組成物の製造方法。
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