JPH04328130A - 硬化可能な共重合体、硬化可能な共重合体組成物、ラジカル重合性不飽和樹脂組成物及びそれを用いる低収縮剤 - Google Patents

硬化可能な共重合体、硬化可能な共重合体組成物、ラジカル重合性不飽和樹脂組成物及びそれを用いる低収縮剤

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JPH04328130A
JPH04328130A JP9856591A JP9856591A JPH04328130A JP H04328130 A JPH04328130 A JP H04328130A JP 9856591 A JP9856591 A JP 9856591A JP 9856591 A JP9856591 A JP 9856591A JP H04328130 A JPH04328130 A JP H04328130A
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JP
Japan
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copolymer
unsaturated polyester
vinyl
polybasic acid
acid anhydride
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JP9856591A
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English (en)
Inventor
Sachiko Fujita
幸子 藤田
Tomomasa Mitani
三谷 倶正
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DIC Corp
Original Assignee
Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、硬化可能な共重合体、
共重合体組成物、ラジカル重合性不飽和樹脂組成物及び
それを用いる低収縮剤に関し、詳しくはポリマー骨格中
に不飽和ポリエステル部分とビニル共重合体部分を有し
、両部分をエステル結合で結合させて成る低収縮性で硬
くしかも靱性のある性質を付与する硬化可能な共重合体
、共重合体組成物、ラジカル重合性不飽和樹脂組成物及
びそれを用いる低収縮剤を提供するものである。 【0002】 【従来の技術】ラジカル重合性樹脂としては、不飽和ポ
リエステル樹脂、ビニルエステル樹脂が代表的であり、
ジアリルフタレート樹脂も成形材料、化粧板等に用いら
れている。これらの樹脂は特長、物性に合せ各々の用途
に応じて使い分けられており、すこぶる有用な存在であ
る。その反面、各種用途において、また新しい性質が要
求される場合においても、既存の欠点を改良しなければ
ならないことも多い。 【0003】例えば、不飽和ポリエステル樹脂を構成す
る不飽和ポリエステルの分子量は、数平均で高々100
0〜2000程度のものであり、これが分子内二重結合
で架橋される関係上、靱性を出そうとすると、必然的に
軟らかいものにならざるを得ず、硬くしかも靱性のある
樹脂は得難い。 【0004】また、不飽和ポリエステル合成の際、分子
量を前記程度以上に高めることは、ゲル化の危険性のあ
ることから、甚だしく困難なことである。不飽和ポリエ
ステルの分子量を高めるために、例えば、不飽和ポリエ
ステル樹脂を充填剤と混ぜガラス繊維に含浸させ増粘さ
せたガラス繊維強化不飽和ポリエステル(FRP)では
、酸化マグネシウムと不飽和ポリエステルのカルボキシ
ル基と反応させて、分子量を増大させることが行われて
いる。 【0005】しかし、この方法は一般的な傾向として、
一定の粘度、流動性、成形性を得ることが困難であって
、バラツキが激しい。また、ラジカル重合性樹脂は、成
形の際、スチレン等ビニル単量体の重合に伴って樹脂体
積が収縮するため、収縮をおさえるように、いろいろ工
夫をほどこしている。例えば、FRPでは低収縮剤とし
て酢酸ビニルポリマー、ポリスチレンポリマー等の熱可
塑性ポリマーを不飽和ポリエステル樹脂と混合している
。しかし、低収縮剤の添加は、例えばポリスチレンの場
合、低収縮性の効果は優れているが、不飽和ポリエステ
ル樹脂と相溶性が悪いため分離してしまう等、一長一短
がある。 【0006】 【課題を解決するための手段】本発明者らは、不飽和ポ
リエステル樹脂の優れた性能を損なうことなく上記欠点
を改善する方法につき鋭意研究の結果、ビニル重合体部
分と不飽和ポリエステル部分を結合させた共重合体によ
って解決されることを見いだし、本発明を完成するに至
った。 【0007】即ち、本発明は、重合体骨格中に不飽和ポ
リエステル部分とビニル共重合体部分を有し、不飽和ポ
リエステルがビニル重合体主鎖部分の0.5〜2個の多
塩基酸無水物基と該不飽和ポリエステルの末端水酸基と
のエステル反応で結合していることを特徴とする硬化可
能な共重合体、該共重合体と重合性ビニル単量体とから
なる共重合体組成物、該共重合体を含んでなるラジカル
重合性不飽和樹脂組成物及びそれを用いる低収縮剤を提
供するものである。 【0008】(構成)本発明の硬化可能な共重合体は、
骨格に多塩基酸無水物基を有するビニル重合体部分(A
)の多塩基酸無水物基と不飽和ポリエステル部分(B)
の水酸基とをエステル結合したものである。その製造方
法は、(A)、(B)を各々合成しておき、(A)と(
B)との反応による不飽和ポリエステル部分をもつ硬化
可能なビニル共重合体(C)の合成の3段階からなるも
ので以下それぞれについて説明する。 【0009】(1)骨格に多塩基酸無水物基を有するビ
ニル重合体部分(A) 本発明で用いられる硬化可能な共重合体のビニル共重合
体部分(A)は、特に数平均分子量が、1,000 〜
 20,000、さらに好ましくは2,000 〜10
,000のものであり、ビニル共重合体の骨格に多塩基
酸無水物基を含むものである。またビニル重合体分子中
の多塩基酸無水物基の官能基数は、一分子の平均値とし
て0.5以上2.0以下、特に好ましくは1〜2個であ
る。数平均分子量が、1,000より小さいものでは、
共重合体の成形品の機能的性質に劣り、さらに成形品の
収縮率も大きいし、20,000より大きいものでは、
低収縮性を向上させるものの、エステル化反応に時間を
費やし、さらに不飽和ポリエステル部分の3次元化を低
下させ硬化が不完全になる場合が多い。又一分子中の官
能基数が0.5未満では、エステル化率が低く、2より
多いと、不飽和ポリエステル部分の3次元化が立体的、
自由度的に障害をうけ、硬化が不完全になる場合が多い
。  主鎖骨格に多塩基酸無水物基を有するビニル重合
体は、ビニル単量体と多塩基酸無水物基含有ビニル単量
体との共重合で得られる。多塩基酸無水物基含有ビニル
単量体の例としては、例えば、無水マレイン酸、無水イ
タコン酸、無水シトラコン酸等があげられる。 【0010】他のビニル単量体は、該官能基含有ビニル
化合物と共重合可能であれば特に制限を加える必要はな
く、2種又はそれ以上の併用も可能である。他のビニル
単量体の例としては、例えば次の種類のものが挙げられ
る。 【0011】スチレン、ビニルトルエン、ターシャリー
ブチルスチレン、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エ
チル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸n−ブ
チル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸t−ブチ
ル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ノ
ニル、メタクリル酸ドテシル、メタクリル酸ベンジル、
メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸テトラヒド
ロフルフリル、アクリル酸ブチル、アクリル酸2−エチ
ルヘキシル、アクリル酸ノニル、アクリル酸シクロヘキ
シル、アクリル酸フェノキシエチル、アクリロニトリル
、メタクリロニトリル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、
酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、バーサチック酸ビニ
ル、ビニルピロリドン、アクリルアミド、メタクリルア
ミド。 【0012】ラジカル重合開始剤は、重合方法により必
要であれば使用する。連鎖移動剤は必須で、連鎖移動剤
とビニル単量体の比率と反応温度によりビニル重合体の
分子量が規定される。その規定された分子量に対し、必
要な多塩基酸無水物含有ビニル単量体の量が決まる。ビ
ニル重合体の主鎖に0.5〜2個の多塩基酸無水物基を
含むようにするために、多塩基酸無水物含有ビニル単量
体は、滴下するのが望ましく、滴下速度と反応温度とビ
ニル重合体の分子量を制御することが必要である。 【0013】重合方法は、既存の直接塊状重合法、部分
塊状重合法、溶液重合法のいずれもが採用可能であるが
、工業生産性を考慮すれば塊状重合法によることが有利
である。 (2)不飽和ポリエステル部分(B) α−β不飽和多塩基酸、飽和二塩基酸と多価アルコール
とをエステル化反応して得られる不飽和ポリエステルを
使用する。不飽和ポリエステルの組成に特に制限を加え
る必要はないが、反応性から一級水酸基を有するものが
望ましい。不飽和ポリエステルの分子量は、数平均で好
ましくは1000〜2000程度のものである。 【0014】使用可能なアルコールとしては、例えば次
の種類のものがあげられる。エチレングリコール、プロ
ピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−
ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−
ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、2,2−
ジエチル−1,3−プロパンジオール、ビスフェノール
A−エチレンオキシド付加物、ビスフェノールA−プロ
ピレンオキシド付加物、1,4−シクロヘキサンジメタ
ノール、水素化ビスフェノールA、トリメチロールプロ
パンモノアリルエーテル、グリコールの無水物ともいう
べきモノエポキシ化合物、例えばエチレンオキシド、プ
ロピレンオキシド、フェニルグリシジルエーテル、エピ
クロロヒドリン、アリルグリシジルエーテル、等を単独
または併用してポリエステル部分に利用することも可能
である。 【0015】アルコールと併用してポリエステル化する
ために必要な不飽和多塩基酸としては、例えば無水マレ
イン酸、フマル酸、イタコン酸等があげられる。これと
併用する飽和多塩基酸或はこの酸無水物としては次の種
類をあげることができる。無水フタル酸、イソフタル酸
、テレフタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテ
トラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、
エンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、コハク酸、
アジピン酸、セバシン酸、ヘット酸、テトラクロロ無水
フタル酸、テトラブロム無水フタル酸。 【0016】不飽和ポリエステルの構成は次の3種類が
ある。 (イ)    HO─────────COOH(ロ)
    HO─────────OH(ハ)HOOC─
────────COOH(ロ)や(ハ)の両末端水酸
基やカルボキシル基が多量に存在すると、反応中ゲル化
することがあるし、エステル化率が低下するので望まし
くない。実際問題としてはこれらを分けることはできな
いので、生成ポリエステルの酸価と水酸基価とを規定す
ることになる。 【0017】即ち、酸価と水酸基価は、多塩基酸とグリ
コールのモル比を合わせ、酸の昇華やグリコールの飛散
が起こらないように合成を行い、かけ離れていない値が
望ましい。酸価と水酸基価は、共に70以下であれば特
に問題になることはなく、望ましくは共に50以下で、
水酸基価5〜50、酸価1〜50である。 【0018】 (3)硬化可能なグラフト共重合体(C)の合成主鎖骨
格に官能基を有するビニル重合体(A)と不飽和ポリエ
ステル(B)との配合割合は、重量比で(A):(B)
=10:90〜90:10、望ましくは30:70〜7
0:30である。 【0019】不飽和ポリエステルの配合重量割合が10
(%)未満であると、硬化性が不十分となるばかりでな
く、物性も向上しない。一方、90(%)より多いと、
不飽和ポリエステルの物性が強まり、本発明の特長が見
出せなくなる。 【0020】本発明の硬化可能な共重合体の製造は、主
鎖骨格に多塩基酸無水物基を有するビニル重合体(A)
を無溶剤系もしくは溶剤中で、或はビニル単量体の一部
または全部の存在下で、不飽和ポリエステルと反応させ
るのが望ましい。重合体中の官能基は、反応性が弱いこ
とからエステル化反応の場合、反応を促進するために、
トリエチルアミンの如き反応触媒の併用は必要である。 【0021】エステル化反応は、後処理で生成樹脂をそ
のまま用いることができることを考えると重合性ビニル
単量体中で行うのが便利である。その場合、反応中のゲ
ル化を避けるために、重合防止剤の使用と共に、空気(
酸素)気流中で反応を行うことが必要である。 【0022】こうして得られた共重合体は、好ましくは
重合性ビニル単量体に溶解した共重合体組成物として得
られる。重合性ビニル単量体とは、例えば前記のビニル
重合体(A)の原料で、アクリルアミド、メタクリルア
ミド等の固体のものを除くもので、液状のビニル単量体
が使用できる。好ましくはスチレンである。 【0023】共重合体(C)と重合性ビニル単量体との
混合比は、好ましくは20〜80:80〜20(重量比
)、特に30〜70:70〜30である。本発明のラジ
カル重合性不飽和樹脂とは、不飽和ポリエステル樹脂、
ビニルエステル樹脂(不飽和ポリエステルアクリレート
、エポキシアクリレート)が代表的であり、ジアリルフ
タレート樹脂等も用いられる。好ましくは、不飽和ポリ
エステルである。その混合比は、好ましくは、共重合体
(C):ラジカル重合性不飽和樹脂=30〜70:70
〜30(重量比)である。 【0024】この不飽和ポリエステルは、上記(2)不
飽和ポリエステル(B)と同様のものが使用できる。本
発明の共重合体組成物及びラジカル重合性不飽和樹脂組
成物は、無機、有機の繊維状等の補強材、無機、有機の
充填剤、骨材、顔料染料等の着色剤、離型剤、増粘剤、
その他の低収縮剤等の各種添加剤を使用できることは勿
論であり、硬化方法に関しては通常従来のラジカル硬化
型樹脂と同様に、有機過酸化物の併用、またはレドック
ス系の常温硬化システムを採用することにより行われる
。 【0025】硬化剤の有機過酸化物とは、例えば、ジア
シルパーオキサイド系、パーオキシエステル系、ハイド
ロパーオキサイド系、ジアルキルパーオキサイド系、ケ
トンパーオキサイド系、パーオキシケタール系、アルキ
ルパーエステル系、パーカーボネート系等が挙げられ、
混練条件、養生温度等で適宜選択される。その添加量は
通常使用されている量であり、好ましくは組成物100
重量部に対して0.01〜4重量部であり、上記硬化剤
は組合わせて使用されても良い。 【0026】硬化促進剤、すなわち硬化剤の有機過酸化
物をレドックス反応によって分解し、活性ラジカルの発
生を容易にする作用のある物質は、例えばコバルト系、
バナジウム系、マンガン系等の金属石鹸類、第3級アミ
ン類、第4級アンモニウム塩、メルカプタン類等がある
。 【0027】充填剤、骨材としては、例えば、炭酸カル
シウム粉、クレー、アルミナ粉、硅石粉、タルク、硫酸
バリウム、シリカパウダー、ガラス粉、ガラスビーズ、
マイカ、水酸化アルミニウム、セルロース糸、硅砂、川
砂、寒水石、大理石屑、砕石など公知のものが挙げられ
、なかでも硬化時半透明性を与えるのでガラス粉、水酸
化アルミニウム、硫酸バリウムなどが好ましい。 【0028】低収縮剤は、本発明の共重合体からなり、
前記ラジカル重合性不飽和樹脂にたいして、好ましくは
、共重合体(C):前記ラジカル重合性不飽和樹脂=3
0〜70:70〜30(重量比)で混合して使用される
。 【0029】 【実施例】次に本発明を実施例によりさらに具体的に説
明するが、本発明はこれらに限定されるものではないが
、特に断りのない限り文中「部」「%」は重量基準であ
るものとする。 【0030】(共重合体の合成例) 実施例1 <主鎖骨格に多塩基酸無水物基を1個有するビニル重合
体(A1)(分子主鎖骨    格に酸無水物基を有す
るポリスチレン)の製造>攪拌機、還流冷却器、温度計
及び滴下ロートを取り付けた1リットルセパラブルフラ
スコに  スチレン208.3gを仕込み、窒素ガス気
流中120℃に加熱し、スチレン208.3g、無水マ
レイン酸2.6g、ラウリルメルカプタン4.0gの混
合物を5時間かけて滴加した。 【0031】得られた重合物はGPCにより数平均分子
量(Mn)は9800、重量平均分子量(Mw)は19
100であり、不揮発分51.2%、酸価13.6mg
KOH/gであった。 【0032】<不飽和ポリエステル樹脂(B1)の製造
>攪拌機、還流冷却器、温度計及び滴下ロートを取り付
けた5リットル四ッ口フラスコに  フマル酸928g
、1,3−ブチレングリコール360g、ビスフェノー
ルAのエチレンオキサイド付加物1264gを仕込み、
窒素ガス気流中、4時間かけて210℃まで昇温し、1
6時間保温した後温度を下げ、不飽和ポリエステルを得
た。ついで、この四ッ口フラスコにスチレン2400g
を入れて不飽和ポリエステルを溶解させた。得られた不
飽和ポリエステル樹脂は、不揮発分54%、酸価3.5
mgKOH/g、水酸基価16.4mgKOH/gであ
った。 【0033】<不飽和ポリエステル−ポリスチレン共重
合体(C1)の製造>攪拌機、還流冷却器、温度計及び
ガス導入管を取り付けた2リットル4つ口フラスコにビ
ニル重合体A1 350g、t−ブチルカテコール0.
0071gを加え空気気流中60℃で溶解させた後、不
飽和ポリエステル樹脂B1を700gとトリエチルアミ
ン0.0035gを加え、空気気流中60℃で5時間反
応させ、硬化可能な共重合体C1 を得た。 【0034】実施例2 <主鎖骨格に多塩基酸無水物基を1.25個有するビニ
ル重合体(A2)(分子主鎖骨格に酸無水物基を有する
ポリメタクリル酸メチル)の製造>攪拌機、還流冷却器
、温度計及び滴下ロートを取り付けた2リットルセパラ
ブルフラスコに  メタクリル酸メチル100.0g、
メチルエチルケトン600gとAIBN1.5gを仕込
み、窒素ガス気流中、メタクリル酸メチル300.0g
、無水マレイン酸5.2g、ラウリルメルカプタン4.
0gの混合物を10時間かけて滴加し、メチルエチルケ
トンの沸点で反応させた。 【0035】反応終了後、スチレン単量体400gを加
え、400〜500mmHgの減圧下約5時間かけてメ
チルエチルケトンを除去した。ガスクロマトグラフでメ
チルエチルケトンが0.5%以下であることを確認した
後、加温減圧を終了した。得られた重合物は,GPCに
より数平均分子量(Mn)は8500、重量平均分子量
(Mw)は17400であり、不揮発分50.2%、酸
価7.6mgKOH/gであった。 【0036】<不飽和ポリエステル−ポリスチレン共重
合体(C2)の製造方法>攪拌機、還流冷却器、温度計
及びガス導入管を取り付けた2リットル4つ口フラスコ
にビニル重合体A2 350g、t−ブチルカテコール
0.0071gを加え空気気流中60℃で溶解させた後
、不飽和ポリエステル樹脂B1を700gとトリエチル
アミン0.0035gを加え、空気気流中60℃で5時
間反応させ、硬化可能な共重合体C2 を得た。 【0037】比較例1 攪拌機、還流冷却器、温度計及びガス導入管を取り付け
た2リットル4つ口フラスコに  ポリメタクリル酸メ
チル(住友化学工業(株)製)350g、スチレン単量
体350g、t−ブチルカテコール0.0071gを加
えポリメタクリル酸メチルをスチレン単量体に溶解させ
た後、不飽和ポリエステル樹脂B1を700g加え均一
溶液とした。 【0038】比較例2 攪拌機、還流冷却器、温度計及びガス導入管を取り付け
た2リットル4つ口フラスコに  ポリスチレン(大日
本インキ化学工業(株)製)350g、スチレン単量体
350g、t−ブチルカテコール0.0071gを加え
ポリスチレンをスチレン単量体に溶解させた後、不飽和
ポリエステル樹脂B1を700g加え均一溶液とした。 【0039】(物性試験)上記実施例1〜2及び比較例
1〜2で得た硬化可能な共重合体100部にナフテン酸
コバルト(6%金属含有)0.1部を加え、約1分攪拌
後、メチ44ルエチルケトンパーオキサイド2部を添加
して攪拌し、脱泡後注型し、室温で24時間、120℃
で2時間放置し、3mmの厚さの成形板を作成した。そ
の性能を以下に示す項目について以下に示す方法により
評価した。表1にその結果を示す。 【0040】また、上記実施例1〜2及び比較例1〜2
で得た硬化可能な共重合体200gに充填剤(炭酸カル
シウム)200gを加えよく攪拌し、ナフテン酸コバル
ト(6%金属含有)0.1部を加え、約1分攪拌後、メ
チルエチルケトンパーオキサイド2部を添加して攪拌し
、70℃における線収縮率を(株)INTESCO社製
硬化収縮測定装置で測定した。(−は膨張を+は収縮を
示す。)表1にその結果を示した。 【0041】<機械的強度>JISK−6911の方法
に準じて引張強度と曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した
。 【0042】■バーコール硬度 JISK−6911の方法に準じて測定した。 【0043】<体積収縮率>液体比重と固体比重を測定
し次式より求めた。 【0044】 【0045】 【表1】         (ラジカル重合性不飽和樹脂組成物へ
の低収縮剤としての評価) 【0046】実施例3〜4 上記実施例1〜2で得られた硬化可能な共重合体100
gに不飽和ポリエステル樹脂B1  100g、充填剤
(炭酸カルシウム)200gを加えよく攪拌し、ナフテ
ン酸コバルト(6%金属含有)0.1部を加え、約1分
攪拌後、メチルエチルケトンパーオキサイド2部を添加
して攪拌し、70℃における線収縮率を(株)INTE
SCO社製硬化収縮測定装置で測定した。(−は膨張を
+は収縮を示す。)その結果を表2に示した。 【0047】比較例3〜4 上記比較例1〜2で得られた不飽和ポリエステル樹脂1
00gに不飽和ポリエステル樹脂B1  100g、充
填剤(炭酸カルシウム)200gを加えよく攪拌し、ナ
フテン酸コバルト(6%金属含有)0.1部を加え、約
1分攪拌後、メチルエチルケトンパーオキサイド2部を
添加して攪拌し、70℃における線収縮率を(株)IN
TESCO社製硬化収縮測定装置で測定した。(−は膨
張を+は収縮を示す。)その結果を表2に示した。 【0048】 【表2】   【0049】 【発明の効果】本発明は、硬化可能な共重合体中に不飽
和ポリエステル部分とビニル共重合体成分を含むことに
より、ビニル共重合体主鎖部分の分子量が高いことから
、不飽和ポリエステル単独では到底得ることのできなか
った高分子の不飽和重合体とすることができ、ビニル共
重合体部分と不飽和ポリエステル部分の組成を自在に組
合わせることによって硬度の高いものから靱性、耐衝撃
性に優れたタイプまで、所望の性質の成形品を得ること
ができる。又、ビニル共重合体主鎖部分があるため、低
収縮性に優れ、従って寸法安定性が優れた成形品を与え
ることができる。 【0050】また、本発明の硬化可能な共重合体は、不
飽和ポリエステル部分を有するため重合性不飽和樹脂と
相溶性がよく、これらの低収縮剤として使用すると相分
離がなく、ラジカル重合性不飽和樹脂組成物の成形時の
硬化収縮を大きく抑制できる。 【0051】このように、本発明を用いると、成形品の
機械的強度、耐衝撃性が改善されるのみならず、成形品
の低収縮性も改善することができる。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  不飽和ポリエステル部分とビニル重合
    体部分とからなり、不飽和ポリエステルがビニル重合体
    主鎖の0.5〜2個の多塩基酸無水物基と該不飽和ポリ
    エステルの末端水酸基とのエステル反応で結合している
    ことを特徴とする共重合体。
  2. 【請求項2】  請求項1の共重合体と重合性ビニル単
    量体とからなることを特徴とする硬化可能な共重合体組
    成物。
  3. 【請求項3】  請求項1の共重合体を含むことを特徴
    とするラジカル重合性不飽和樹脂組成物。
  4. 【請求項4】  請求項1の硬化可能な共重合体からな
    ることを特徴とする低収縮剤。
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