JPS6020926A - ポリグリシジルエ−テルの製造方法 - Google Patents

ポリグリシジルエ−テルの製造方法

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JPS6020926A
JPS6020926A JP58128992A JP12899283A JPS6020926A JP S6020926 A JPS6020926 A JP S6020926A JP 58128992 A JP58128992 A JP 58128992A JP 12899283 A JP12899283 A JP 12899283A JP S6020926 A JPS6020926 A JP S6020926A
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polyglycidyl ether
bisphenol
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epihalohydrin
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Kaoru Kanayama
薫 金山
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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】 本発明は溶解性に優れ、かつ、伸びと剛性のバランスは
優れ、耐熱性、耐衝撃性に優れた硬化物を与えるスピロ
アセタール環を含有するポリグリシジルエーテルの製造
方法に関するものである。
本発明の実施によシ得られるポリグリシジルエーテルは
CFRP用マトリックス樹脂、電子部品封止剤、注型材
、積層材、塗料用バインダーとして有用である。
エポキシ樹脂は優れた耐熱性、電気絶縁性、耐薬品性、
機械特性を有することから、塗料接着剤、封止剤、構造
材等の分野で床几に用いられている。
特に近年、炭素繊維との複合材料(CFRP)が金属と
同等もしくはそれ以上の機械的強度、弾性率を有し、か
つ軽量化が可能となることにより、宇宙航空機器の構造
材料、鉄道、自動車等の輸送産業用基材、またはゴルフ
シャフト、つり竿、スキー板等のレジャー用部材として
用いられておシ、今後とも大きな発展が期待されている
現在、CFRP用マ) IJラックス脂として用いられ
ているポリエポキシ化合物としてはビスフェノールAの
ジグリシジルエーテル〔エピコート828、エピコー)
1004等二油化シェルエポキシ■商品名〕、アミノフ
ェノールのポリエポキシドCELM−120:住友化学
■商品名〕、メチレンジアニリンのテトラエポキシド(
YH−434゛東部化成■商品名〕、クレゾールノボラ
ックポリエポキシド〔エピコート154:油化シエルエ
ホキシ■商品名〕、オルソクレゾールノボラックエポキ
シドCEOCNI 04 S :日本化薬■商品名〕等
が挙げられる。
これらポリエポキシ化合物より得られる硬化物は耐熱性
は十分であるがカーボン繊維強化用樹脂としては可撓性
、耐衝撃性のより向上が望まれているのが実情である。
可撓性に富む硬化物を与えるポリエポキシ化合物として
はスピロアセタール環を有するポリエポキシ化合物が知
られている。
例えばUSP3.1’28255号明細書には、次式で
示されるポリエポキシ化合物が開示されているが、これ
より得られる硬化物の熱変形温度は147〜170℃で
あり、CFRP用樹脂としては耐熱性に欠ける。
捷だ、USP 3,347,871号および同第3,3
88.098号明細書には、(4)、フェノール性水酸
基に対してアルデヒド基がパラ位にある一価フエノール
類とペンタエリスリトールとを反応させて得られる二価
フェノールに、更にω)エピクロルヒドリンを反応させ
ることにより製造された一般式、〔式中、YはH−C/
、 CH+であり、nは0〜2の整数である〕 で示されるポリエポキシ化合物が開示されている。
しかし、このポリエポキシ化合物は、耐熱性、耐衝撃性
に優れる硬化物を与えるが、可撓性に改良の余地がある
とともに汎用の溶剤、例えばアセトン、メチルエチルケ
トン、メチルインブチルケトン、トルエン、酢酸エチル
、テトラヒドロフラン等に対する溶解性に乏しく、溶剤
で希釈して用いるプロプレグや塗料用のポリエポキシ化
合物としては実用に乏しい。
本発明者は、とのUSP 3,347,871号の技術
において、原料の一価フエノールとして4−オキシ−3
−メトキシベンズアルデヒドと4−オキシベンズアルデ
ヒドを併用して得られるポリグリシジルエーテルが前記
汎用溶剤に対する溶解性に優れ、かつ耐熱性、可撓性、
伸度−剛性バランスの良好な硬化物を与えることを見い
出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、4−オキシ−3−メトキシベンズ
アルデヒドと4−オキシベンズアルデヒドの5/95〜
9515モル比混合物に、ペンタエリスリトールとを反
応させて得られるスピロアセタール環を有するビスフェ
ノールに、更にエピハロヒドリン捷たはβ−メチルエピ
ハロヒドリンを反応させてポリグリシジルエーテルを製
造する方法を提供するものである。
本発明の実施において、スビロアセタ「ル壌ヲ有スるビ
スフェノール混合物は、4−オキシ−3−メトキシベン
ズアルデヒド5〜95モル襲、好ましくは20〜80モ
ルチと、4−オキシペンズアルデヒド95−5 モル−〇混合物にペンタエリスリトールを触媒存在下、
40〜200℃、好ましくは80〜150℃に加熱して
脱水縮合を行うことによシ容易に得られる。原料の仕込
み比はペンクエリスIJ )−ル1モルに対し化学量論
量のアルデヒドが必要であるが、過剰量のアルデヒドを
用いてもさしつかえない。
また、溶剤を用いて生成する水を共沸によ多連続的に反
応系外に除去することが好ましい。
用いられる溶媒としては、ベンゼン、トルエン、キシレ
ン等の芳香族炭化水素が経済的であるが、これらにアル
デヒドに対しよシ良溶媒の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〜メチルピロリ
ドン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメチルスル
ホキシド等を併用しても良い。
触媒としては、p−)ルエンスルホン酸が好ましく、他
に、シュウ酸、酢酸亜鉛、塩酸、硫酸等通常用いられる
脱水縮合触媒を用いてもよい。
ヒトの多量の使用は得られるポリグリシジルエーテル化
合物の溶剤に対する溶解を容易とするとともに、該ポリ
グリシジルエーテルの硬化物の伸びを向上させる。また
、4−オキシベンズアルデヒドは得られるポリグリシジ
ルエーテルの硬化物の耐熱性、機械的強度を向上させる
ように作用する。
このビスフェノール混合物は分離することが困難である
。その成分は、原料から推定して次式(1)〜@)で示
されるビスフェノールの混合物と思われる。
@) 〔式中、Rは水素、R′はメトキシ基を示す〕。
次に、この反応によシ得られた二価のビスフェノール混
合物にエピハロヒドリンまたはβ−メチルエピハロヒド
リン(以下、両者ヲ「エピハロヒドリン」で代表させて
記載する)を反応させてポリグリシジルエーテルを製造
する方法としては、公知のエポキシ化方法を採用できる
。例えば次の(1)〜(3)の方法があげられる。
(1) ビスフェノール混合物と過剰の「エピハロヒド
リン」とをアルカリ金属水酸化物の共存下に反応させ、
ビスフェノール混合物への「エピハロヒドリン」の付加
反応と、エポキシ環を形成する閉環反応とを同時に行っ
てポリグリシジルエーテルを製造する一段法 (2) ビスフェノール混合物と過剰の「エピハロヒド
リン」とをホスホニウム塩または四級アンモニウム塩等
の触媒の存在下で付加反応させ、次いでアルカル金属水
酸化物を添加して閉環反応を行なってポリグリシジルエ
ーテルを製造する二段法。
(3) ビスフェノール混,金物と過剰の「エピハロヒ
ドリン」及びアルコール等の反応促進溶媒を併用し、室
温〜80℃の低温下でアルカリ金属水酸化物水溶液を添
加し付加反応と閉環反応を同時に行う溶剤法。
これらの方法によシ得られるポリグリシジルエーテルは
(1)、(2)、(3)の順に分子量分布は増大する傾
向にあシ、目的に応じてこれらのエポキシ化方法のいず
れかを選択することが可能である。
エポキシ化方法(1)の場合、反応は60〜150℃、
好ましくは80〜120℃の範囲の温度で行われる。ス
ピロアセタール環を含有するビスフェノール混合物に対
する「エピハロヒドリン」の配合量は2倍〜20倍モル
、好ましくは8倍〜12倍モルである。またアルカリ金
属水酸化物はビスフェノール混合物の水酸基に対して少
なくとも等モル、好ましくは1.05〜1.5モル倍量
使用する。
エポキシ化方法(2)では前段の付加反応は40〜15
0℃、好ましくは70〜140℃で行われ、後段の閉環
反応は20〜150℃、好ましくは40〜80℃で行わ
れる。触媒の量はビスフェノール混合物に対して0.1
〜5モル係、「エビハロヒドリン」及びアルカリ金属水
酸化物の量は一段法と同様である。
まだエポキシ化方法(3)の場合、用いる溶剤は「エビ
ハロヒドリン」に対して0.2〜5.0モルチ、好捷し
くは帆5〜2.0モル係、反応温度は室温〜80℃で行
うのが好凍しい。
一段法、及び二段法における後段の閉環反応は常圧又は
減圧下(SO〜200mm)Ig)で 生成する水を「
エビハロヒドリン」との共沸により連続的に系外に除去
しながら行ってもよい。
これらの反応終了後、反応液f:、濾過助剤(例えばセ
ライト等)を用いて濾過して副生ずる塩を除去した後、
未反応の「エビハロヒドリン」を減圧回収し、生成物を
得るが又は反応液を減圧して未反応の「エビハロヒドリ
ン」を回収した後、水に難溶性の有機溶媒、例えば、メ
チルインブチルケトン、トルエン等に溶解し、この溶液
を水または温水と接触させて食塩等の無機不純物を水相
に溶解し、その後有機溶媒を留去して精製を行なう。
そして、原料の「エビハロヒドリン」としては、たトエ
ばエピクロルヒドリン、エビブロモヒドリン、β−メチ
ルエピクロルヒドリン及びβ−メチルエビブロモヒドリ
ン等があげられる。
また、アルカリ金属水酸化物としては水酸化カリウム、
水酸化ナトリウムが挙げられる。
更に、二段法において前段の付加反応に使用される触媒
としては、第四級アンモニウム塩、ホスファイト等があ
げられる。第四級アンモニウム塩としては、たとえばテ
トラメチルアンモニウムクロライド、テトラエチルアン
モニウムブロマイド、トリエチルメチルアンモニウムク
ロライド、テトラエチルアンモニウムアイオダイド、セ
チルトリエチルアンモニウムブロマイド等があげられる
ホスファイトとしてはトリフェニルホスホニウムハライ
ド(たとえばアイオダイド、ブロマイド、クロライド)
、トリフェニルエチルホスホニウムジエチルホスフェイ
トお↓びホスファイト等があげられる。特に好ましい触
媒はテトラメチルアンモニウムクロライド又はテトラエ
チルアンモニウムブロマイドである。
このようにして得られたポリグリ/ジルエーテルは、一
般には次式(ロ)〜(卯で示されるポリグリシジルエー
テルの混合物である。
(VI) 〔式中、Rは水素、R′はメトキシ基、EXはp″ である〕。
但し、反応、精製条件によっては次式(至)〜(IX)
等で示される高分子量体を40重量係以下の割合で含有
することもある。
\。/ (資)) \。/ (110 はCH3であり、mは1〜5の整数である〕。
本発明の実施により得られるポリグリシジルエーテルは
比較的低軟化点であり、伸度と弾性率のバランスに優れ
た硬化物を与えるものであるためにCFRD用マトリッ
クス樹脂として有用であるばかりでなく、このポリグリ
シジルエーテルはアセトン、メチルエチルケトン、メチ
ルイソブチルケトン、トルエン、酢酸エチル、塩化メチ
レン等に溶解するので塗料、プリプレグ用フェス原料と
1−でも有用である。
また、このポリグリシジルエーテルは、単独で、又は他
のエポキシ化合物と併用してエポキシ樹脂としての用途
に供することができる。すなわち、この二官能のポリグ
リシジルエーテル混合物を単独で、又はこれに他のエポ
キシ化合物の1種又は2種以上を併用して、適当な硬化
剤で硬化(架橋)反応をさせれば、耐熱性、可撓性、耐
衝撃性に富む硬化物となる。併用される他のエポキシ化
合物には格別の制限がなく、用途等に応じて種々のエポ
キシ化合物が併用される。その併用される他のエポキシ
化合物としては、たとえばビスフェノールA若しくはブ
ロモビスフェノールA等のポリグリシジルエーテル類、
フタル酸、シクロヘキサンジカルボン酸等のポリグリシ
ジルエステル類、又はアニリン若しくけメチレンジアニ
リン等のポリグリシジルアミン、アミノフェノール類の
エポキシ化物およびフェノールノボラックおよびクレゾ
ールノボラック等のグリシジルエーテル類等があげられ
る。
このポリグリシジルエーテル混合物を硬化させる硬化剤
と1〜てけ既知のエポキシ樹脂におけると同様な種々の
硬化剤が使用できる。たとえば、脂肪族アミン類、芳香
族アミン類、複素環式アミン類、三フッ化ホウ素等のル
イス酸及びそれらの塩類、有機酸類、有機酸無水物類、
尿素若しくはそれらの誘導体類、及びポリメルカプタン
類等があげられる。その具体例としては、たとえばジア
ミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン、
2.4−ジアミノ−m−キシレン等の芳香族アミン;2
−メチルイミダゾール、2.4.5− )リフェニルイ
ミダゾール、1−シアンエチル−2−メチルイミダゾー
ル等のイミダゾール若しくはイミダゾール置換体または
これらと有機酸との塩:フマル酸、トリメリット酸、ヘ
キサヒドロフタル酸等の有機カルボン酸;無水フタル酸
、無水エンドメチレンテトラヒドロフタル酸、無水へキ
サヒドロフ・ル酸等の有機酸無水物;ジシアンジアミド
、メラミン、グアナミン等の尿素誘導体ニトリエチレン
テトラミン、ジエチレントリアミン、キシリレンジアミ
ン、インホロンジアミン等の脂肪族ポリアミン類及びこ
れらのエチレンオキシド、プロピレンオキシド等のエポ
キシ化合物もしくけアクリロニトリル、アクリル酸等の
アクリル化合物などとの付加物等が使用できる。
さらに、このポリグリシジルエーテルには、硬化剤のほ
かに、必要に応じて可塑剤、有機溶剤、反応性希釈剤、
増量剤、充てん剤、補強剤、顔料、難燃化剤、増粘剤及
び可撓性付与剤等の種々の添加剤を配合することができ
る。
本発明の実施により得られるポリグリシジルエーテルか
ら得られるエポキシ樹脂硬化物は、従来のビスフェノー
ルA糸エポキシ樹脂と比べて伸度−弾性率のバランス、
耐衝撃性に優れ、かつ耐熱性にも優れており、c FR
L)用マトリックス樹脂、電子部品封市剤、注型剤、積
層材、塗料と1〜で有用である。
以下に実施例をあげてさらに具体的な説明をするが、こ
れらの実施例は例示であり、本発明は実/Kii例によ
って制限されるものでない。
二価ポリフェノールの製造例1〜6 例1 温度計、窒素導入管、攪拌装置、水分離2非の付いた1
tの四つ[]フラスコ内に、4−オキ7−3−メトキシ
ベンズアルデヒド(バニリン)769((L5モル)、
4−オキシベンズアルデヒド611 (0,5モル)、
ペンタエリスリト−ル682、パラトルエンスルホン酸
3(+S’、l−ルエン500m1およびN、N−ジメ
チルホルムアミド1someを仕込んだ。窒素ガスを系
内に流しながら120℃に加熱し脱水縮合を行った。生
成水はトルエンとの共沸により連続的に除去し、理論量
に達した時点(18Tn/りで反応の終点とした。
反応終了後、得られた生成物の溶液を5tの水中に投入
し、析出した結晶を戸別、乾燥してスピロアセタール環
を含有するビスフェノールの淡赤色結晶i47.7r(
収率79,0係)を得た。
この結晶の融点は189℃〜204℃であった。
iだ、この結晶を液体クロマトグラフで分析した結果、
下記一般式(x)において ri=m=■−■のものが25係、]、(、−II、=
 0CI−1,3のものが25 % ; R= I−L
 m = QC)−13のものが50係からなる混合物
であることが判明した。
f1’、 2 バニリン38 ? (o、25モル)、P−ヒドロキシ
ベンズアルデヒド91.5 y (0,7sモル)ト使
用する量を変更する他は例1と同様にしてスピロアセク
ール環を含有するビスフェノールの淡赤褐色結晶133
.4 y (収率74.3 % )を得た。
この結晶の融点fd206℃〜221℃であった。
斗だ、液体クロマトグラフ分析の結果、式+X+におい
て、l1=fも’= ITOものが 54.2係; I
I(、= R: −0CH3のものが8.3係: I−
?、 = J(、II、 = 0(113のものが37
,5チであった。
例′3 バニリン+t4r(o7s7〜)、p−ヒドロキシベン
ズ−アルデヒド3 (1,5y (0,25モル)と使
+11計を変更する他CJ、例]と同様にしてスピロ−
アセタール環を含有するビスフェノールの淡褐色結晶1
.37.IS’(収率70,5係)をイ(表だ(融点1
82℃〜201℃)。液体りD −7トグラノ分析の結
果、1tfXIIffi−イテ+?、= 1?=II+
7)ものがs、o 4 ; Il、= Iも′−〇(川
3のものが56.7係:Iも= 11 、IP、 = 
0C113のものが:35−3!石であった。
例4 バニリン762お上びl〕−ヒトτ」ギ/ベンズアルデ
ヒド61ノの代りに、■)−ヒドロギンベンズアルデヒ
ド122f(1,0モル)を用いる他は例1と同様にし
て3,9−ビス(p−ヒドロキシフェニル)−2,4,
8,10−テトラオギサスビロC,5,5、:1ウンデ
カノの白色粉末を得た(141点251〜253℃)。
例5 p−ヒドロキシベンズアルデヒド122 S’t1.0
モル)の代りに3−クロロ−4−ヒドロキシベンズアル
デヒド150S’f1 1と同様’・てして3,9−ビス( [)−クロロヒド
ロギンフー′Oーニル) −2. 4. B, 1 0
−デトラオギザスビロC 5 、 5 〕ウンデカンを
得た。
例6 p−ヒドロキシベンズアルデヒドt 2 2 y ( 
]モル) (7) 代すに: 3−メチル−4−ヒトI
ブギ/ベン・ズ了ルデヒドx33zl+モル)を18い
る他d、例4と同様にして3,9−ビス(p−2−メチ
ルヒドロキシフェニル) − 2.4,8. 1 0−
アトラオキザスビO[S.S]タウンカンを得だ。
例7 p−ヒドロキシベンズアルデヒド1221の代りに、バ
ニリン1221F(1モル)を用いる他は例4と同様に
して、3,9−ビス(4−オキシ−3−メトキシフェニ
ル)−2,4,8,10−テトラオキサスピロ(S、S
 )ウンデカンの白色結晶(融点175℃)を132.
1 r得た。
実施例1 前記例7で得だスピロアセタール環を含有するヒスフェ
ノール187ff0.5モル)、エピクロルヒドリン4
62.59 (5,0モル)、テトラメチルアンモニウ
ムブロマイド407を温度計、冷却器、攪拌装置の付い
た1tの三つロフラスコ内に仕込み、還流下(117℃
)で2時間反応を行った。
その後、反応溶液を60℃に冷却し、水分離器を取り付
け、水酸化ナトリウム42 v (t、o sモル)を
加え、減圧ド(150〜100 +o+Hg )で閉環
反応を行った。生成する水はエピクロルヒドリンとの共
沸により連続的に系外に除去しながら生成水が18mA
’VC達1〜だ時点で反応を終了E〜だ。
未反応のエピクロルヒドリンヲ0.1〜s Omf(+
2゜60〜110℃で回収した後、メチルイソブチルケ
トン1tを加えて生成物をスラリー状とし、次いで50
omlの水で十分に水洗して副生じた塩化ナトリウムを
除去した。
水洗後の生成物溶液よりメチルイソブチルケト/をロー
タリーエバポレーターを用いて減圧留去し、淡黄色の固
体228グを得た。
このもののエポキシ当量は280であり、軟化温度は7
2〜78℃であった。
実施例2 ビスフェノールとして前記例2で得だスピロアセタール
環を有するビスフェノールx7c+、srを用いる他は
実施例1と同様にしてエポキシ化反応を行い、淡黄色の
固体2121を得た(エポキシ当量260、軟化点75
〜85℃)。
実施例3 ビスフェノールとして前記例3で得だスピロアセタール
環を含有するビスフェノール194.51Fを用いた他
は実施例1と同様にしてエポキシ化反応を行い、淡黄色
固体2232を得た(エポキシ当t292、軟化点61
〜70℃)。
比較例1〜4 前記例4〜7より得られたビスフェノールの0.5モル
をビスフェノールとして用いる他は実施例1と同様にし
て表11で示す物性を有するポリグリシジルエーテルを
製造した。
溶剤に対する溶解性テスト 実施例1〜3および比較例1〜4ならびに汎用のビスフ
ェノールAのジグリシジルエーテル゛エピコート828
”〔油化シェルエポキシ■製商品名、エポキシ当量約1
86]5重量部に、表1に示す各種溶剤95重量部をか
き寸ぜ、ポリグリシジルエーテルの溶解性を個有(−だ
結果を同表に示す。
(以下余白) 硬化物の製造例 実施例1〜3、比較例1および比較例4で得らね、たポ
リグリシジルエーテルおよび汎用の“エピコート828
 “ioo重量部に、硬化剤としてメチルナジック酸無
水物(日本化薬社製)を当計、硬化触媒として2−エチ
ル−4−メチルイミダゾール(四国化成社製)をエポキ
シ化合物に対して1重f代部配合した。
これを170℃で溶融混合後、十分に脱気し、次いで金
型内に注入12.100℃で3時間前硬化を、200℃
で6時間後硬化を行わせて縦150關、横150−1厚
さ3萌の硬化物を得た。
得た硬化物の物性を表2に示す。
寸た、硬化剤としてメチルナジック酸無水物の代りにジ
アミノジフェニルスルホンを用い、混合温度を180℃
、および硬化条件を180℃で1時間前硬化、190℃
で4時間後硬化と変可して得られた硬化物の物性を表3
に示す。
(以下余白) 以上の結果より、本発明の実施により得られたポリグリ
シジルエーテルは汎用の溶剤に対する溶解性に優れてお
り、かつ、得られる硬化物は伸度、弾性率、耐衝撃性、
耐熱性に優ね、ていることが理解される。
特許出願人 三菱油化株式会社 代理人 弁理士 古 川 秀 利 代理人 弁理士 長 谷 正 久

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 4−オキシ−3−メトキシベンズアルデヒドと
    4−オキシベンズアルデヒドの5/95〜9 s / 
    sモル比混合物に、ペンタエリスリトールとを反応させ
    て得られるスピロアセタール環を有するビスフェノール
    に、更にエピハロヒドリンまたはβ−メチルエピハロヒ
    ドリンを反応させてポリグリシジルエーテルを製造する
    ことを特徴とする製造方法。
  2. (2)、ビスフェノールが下記(1)〜@)で示される
    ビスフェノールの混合物であることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の製造方法。 kc @) 〔式中、Rは水素、R’はメトキシ基を示す〕。
JP58128992A 1983-07-15 1983-07-15 ポリグリシジルエ−テルの製造方法 Granted JPS6020926A (ja)

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JP58128992A JPS6020926A (ja) 1983-07-15 1983-07-15 ポリグリシジルエ−テルの製造方法
US06/630,817 US4656294A (en) 1983-07-15 1984-07-13 Polyglycidyl ethers and a process for producing the same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0373489A2 (en) * 1988-12-12 1990-06-20 The Dow Chemical Company Concurrent addition process for preparing high purity epoxy resins
US5939472A (en) * 1994-03-04 1999-08-17 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Epoxy resin composition for molding having improved mechanical properties and crack resistance

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US5939472A (en) * 1994-03-04 1999-08-17 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Epoxy resin composition for molding having improved mechanical properties and crack resistance

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