JP2009102616A - エマルジョン組成物、それを用いた塗膜防水材用組成物および塗膜防水材ならびに塗膜防水材の形成方法 - Google Patents

エマルジョン組成物、それを用いた塗膜防水材用組成物および塗膜防水材ならびに塗膜防水材の形成方法 Download PDF

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Abstract

【課題】セメントとの混和性に優れるとともに、混和性が良好な際に一定の発色性を有するものであり、セメント硬化後の硬化物においては、クラック発生が抑制され、引張強度と伸び率に優れるエマルジョン組成物それを用いた塗膜防水材用組成物、および塗膜防水材、ならびに塗膜防水材の形成方法を提供する。
【解決手段】分散質が合成樹脂(X)であるエマルジョン組成物において、合成樹脂(X)の平均粒子径が100〜500nmの範囲であり、かつ、その粒子径の変動係数(α)が40%以下であるエマルジョン組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、セメント等との混和に使用するエマルジョン組成物およびそれを用いた塗膜防水材、とりわけポリマーセメント系塗膜防水材に関するものであり、詳しくは、陸屋根等の建物屋上、建築物のベランダ、壁、バルコニー、浴室、冷凍倉庫外面等の、土木・建築分野において、防水被覆技術に使用するエマルジョン組成物、それを用いた塗膜防水材用組成物、および塗膜防水材、ならびに塗膜防水材の形成方法に関するものである。
従来より、アクリルエマルジョンや酢酸ビニル系エマルジョン等の合成高分子エマルジョンをセメント等に混和させ、防水材として使用することがよく知られている。しかし、これらのエマルジョン組成物は、セメントへの分散性が不充分なため、硬化に伴う収縮等の内的要因、または温度変化,凍結融解,下地の動き等の外的要因等により、セメント硬化後の硬化物にクラックが入り易いという課題を有していた。特に、このクラック発生は、防水材としての性能が損なわれる主要因であるため、その改良が切望されていた。
そこで、セメント硬化物のクラック発生を防止するために、ガラス転移温度(Tg)が−30℃以下のエチレン−アクリル酸エステル−酢酸ビニル共重合体を分散質とするポリビニルアルコール含水水性エマルジョンを用いることが提案されている(特許文献1参照)。
また、低温時のセメント硬化物たる塗膜の伸びおよび強度の向上と、表面タックを改善するために、共重合体のTgが−15〜15℃であるエチレン−酢酸ビニル系共重合体を分散質とするエマルジョンに、アルミナセメントを添加することが提案されている(特許文献2参照)。
特公平1−39713号公報 特開平2−188459号公報
しかしながら、上記特許文献1では、低温時の塗膜伸びは優れるが、塗膜強度が低く、塗膜の表面タックも強いという欠点があった。また、上記特許文献2では、Tgが−15〜15℃のエチレン−酢酸ビニル系共重合体エマルジョンに、アルミナセメントを添加すると、Tgが0℃より高い場合は低温時の塗膜伸びが悪く、逆に、Tgが0℃より低い場合は高温時の塗膜伸びが悪く、塗膜伸びの温度依存性が大きくバランスが取れないという欠点があった。
さらに、硬化に伴う収縮等の内的要因を取り除くために、エマルジョンのセメント等に対する混和性を向上させる必要があるが、施工時に、この混和性(分散性)を、施工現場にて判断できる簡易な判定方法がなく、これらの品質確認は、施工後にならなければ確認できない等の大きな問題もあった。
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、セメントとの混和性に優れるとともに、混和性が良好な際に一定の発色性を有するものであり、セメント硬化後の硬化物においては、クラック発生が抑制され、引張強度と伸び率に優れるエマルジョン組成物、それを用いた塗膜防水材用組成物、および塗膜防水材、ならびに塗膜防水材の形成方法の提供をその目的とする。
しかるに、本発明者らは上記事情に鑑み鋭意検討を重ねた結果、分散質となる合成樹脂が、粒子径において比較的大きめで、かつ、均一な粒子径とすることにより、セメントとの混和性に優れ、セメント硬化後の硬化物において、クラック発生が抑制され、引張強度と伸び率に優れるエマルジョン組成物が得られることを見出し、本発明を完成した。なお、従来のエマルジョン組成物は、粒子径の小さいものが多く、また、大きめの粒子径を有するものであっても均一な粒子径とすることまでは行われていなかった。
すなわち、本発明の第1の要旨は、分散質が合成樹脂(X)であるエマルジョン組成物において、合成樹脂(X)の平均粒子径が100〜500nmの範囲であり、かつ、その粒子径の変動係数(α)が40%以下であるエマルジョン組成物に関するものである。
また、本発明では、上記エマルジョン組成物に、さらにセメントを配合してなる塗膜防水材用組成物を第2の要旨とし、上記エマルジョン組成物を含有してなる塗膜防水材を第3の要旨とする。そして、上記塗膜防水用組成物から塗膜防水材を形成する方法を第4の要旨とする。
なお、本発明において発色性とは、エマルジョン組成物の合成樹脂粒子に起因する構造色が発現する性質をいい、これは、規則的に配列したナノオーダーの合成樹脂粒子によって光が干渉されるため、色付いて見えることに基づくものであると考えられる。本発明においては、エマルジョン組成物とセメントとを混和することにより、それまでセメント自身の色であったものが、限定されるわけではないが若干青みがかった色へと変化し、また、この発色は、セメントの硬化の進行と共に消失する。
以上のように、本発明は、分散質が合成樹脂(X)であるエマルジョン組成物において、合成樹脂(X)の平均粒子径が100〜500nmの範囲であり、かつ、その粒子径の変動係数(α)が40%以下であるエマルジョン組成物である。そのため、セメントとの混和性に優れるとともに、混和時の混和性が良好な際に一定の発色性を有することから、現場での施工時において、発色性を基準とした混和性判断が可能となり、より簡便で効率的にエマルジョン組成物が均一分散したセメント硬化物(例えば、塗膜防水材)が得られるようになる。このように、エマルジョン組成物が均一分散すると、得られるセメント硬化物は、クラック発生が抑制され、引張強度と伸び率に優れるようになる。
また、上記エマルジョン組成物の不揮発分濃度が、45重量%以上であると、セメントとの混和時において発色性に一層優れるようになる。
さらに、合成樹脂(X)のガラス転移温度が、0℃以下であると、低温時での現場施工時においても、充分な強度のセメント硬化物が得られるようになる。
合成樹脂(X)が、アミド基を有するエチレン性不飽和単量体(a)の単独重合体もしくは共重合体からなると、セメントとの混和性に一層優れるようになる。
つぎに、本発明の実施の形態について詳しく説明する。ただし、本発明は、この実施の形態に限られるものではない。
本発明のエマルジョン組成物は、分散質が合成樹脂(X)であるエマルジョン組成物であり、この合成樹脂(X)が特定の粒子径を有するものである。まずこの合成樹脂(X)について説明する。
《合成樹脂(X)》
本発明に係る合成樹脂(X)としては、その平均粒子径が100〜500nmの範囲であり、かつ、その粒子径の変動係数(α)が40%以下となる合成樹脂であることが必要である。このように、合成樹脂(X)を特定の粒子径に設定することにより、セメントとの混和性が良好で、さらにセメント混和時に充分な発色性を有することができるようになる。この平均粒子径および変動係数(α)については、後記の《エマルジョン組成物》の項で詳述する。
このような合成樹脂(X)としては、例えば、エチレン性不飽和単量体(M)の単独重合体もしくは共重合体であることが好ましく、さらには、アミド基を有するエチレン性不飽和単量体(a)の単独重合体もしくは共重合体、また、エチレン性不飽和単量体(M)の中でも特に(メタ)アクリル酸アルキルエステルを主成分とし、その他のエチレン性不飽和単量体と共重合したアクリル系共重合体であることも好ましい。以下、合成樹脂(X)を形成する重合成分のエチレン性不飽和単量体(M)について詳述する。
〈合成樹脂(X)の重合成分〉
上記合成樹脂(X)を形成するエチレン性不飽和単量体(M)としては、例えば、アミド基を有するエチレン性不飽和単量体(a)や、(メタ)アクリル酸アルキルエステル、芳香族エチレン性不飽和単量体、ヒドロキシル基含有エチレン性不飽和単量体、カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体、エポキシ基含有エチレン性不飽和単量体、メチロール基含有エチレン性不飽和単量体、アルコキシアルキル基含有エチレン性不飽和単量体、シアノ基含有エチレン性不飽和単量体、ラジカル重合性の二重結合を2個以上有しているエチレン性不飽和単量体、アミノ基を有するエチレン性不飽和単量体、スルホン酸基を有するエチレン性不飽和単量体、リン酸基を有するエチレン性不飽和単量体等があげられ、これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。
中でも、アミド基を有するエチレン性不飽和単量体(a)が好ましく用いられ、さらには、上記アミド基を有するエチレン性不飽和単量体(a)と、この単量体(a)と共重合可能なエチレン性不飽和単量体(b)とを併せて用いることが好ましい。
上記アミド基を有するエチレン性不飽和単量体(a)としては、例えば、(メタ)アクリルアミド、N,N−メチレンビス(メタ)アクリルアミド、N−メトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N−ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、ダイアセトン(メタ)アクリルアミド、マレイン酸アミド、マレイミド、(メタ)アクリルアミドメタンスルホン酸(塩)、(メタ)アクリルアミドエタンスルホン酸(塩)、(メタ)アクリルアミドプロパンスルホン酸(塩)、(メタ)アクリルアミドメチルエタンスルホン酸(塩)、(メタ)アクリルアミドブタンスルホン酸(塩)、(メタ)アクリルアミドメチルプロパンスルホン酸(塩)、(メタ)アクリルアミドジメチルエタンスルホン酸(塩)、(メタ)アクリルアミドペンタンスルホン酸(塩)、(メタ)アクリルアミドメチルブタンスルホン酸(塩)、(メタ)アクリルアミドジメチルプロパンスルホン酸(塩)、(メタ)アクリルアミドエチルプロパンスルホン酸(塩)、(メタ)アクリルアミドエチルメチルエタンスルホン酸(塩)および(メタ)アクリルアミドプロピルエタンスルホン酸(塩)等の炭素数1〜5の分岐または直鎖のアルキレン基を有する化合物等をあげることができる。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。これらの中でも、好ましくは(メタ)アクリルアミドや、(メタ)アクリルアミドメチルプロパンスルホン酸(塩)等の分岐のアルキレン基を有する(メタ)アクリルアミドアルキレンスルホン酸(塩)である。なお、上記スルホン酸(塩)とは、スルホン酸あるいはその塩を意味する。
上記単量体(a)と共重合可能なエチレン性不飽和単量体(b)としては、例えば、下記の(イ)〜(ヲ)等があげられる。
(イ)(メタ)アクリル酸アルキルエステル。
(ロ)芳香族エチレン性不飽和単量体。
(ハ)ヒドロキシル基含有エチレン性不飽和単量体。
(ニ)カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体。
(ホ)エポキシ基含有エチレン性不飽和単量体。
(ヘ)メチロール基含有エチレン性不飽和単量体。
(ト)アルコキシアルキル基含有エチレン性不飽和単量体。
(チ)シアノ基含有エチレン性不飽和単量体。
(リ)ラジカル重合性の二重結合を2個以上有しているエチレン性不飽和単量体。
(ヌ)アミノ基を有するエチレン性不飽和単量体。
(ル)スルホン酸基を有するエチレン性不飽和単量体。
(ヲ)リン酸基を有するエチレン性不飽和単量体。
これら単量体は、単独でもしくは2種以上併せて用いられる。さらには、上記(イ)〜(ヲ)以外に、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、メチルビニルケトン、ブタジエン、エチレン、プロピレン、塩化ビニル、塩化ビニリデン等も、所望に応じて適宜使用することができる。
上記(メタ)アクリル酸アルキルエステル(イ)としては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、n−ヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート等の脂肪族(メタ)アクリレート、好ましくはアルキル基の炭素数が1〜20の脂肪族(メタ)アクリレートや、ベンジル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート等の芳香族(メタ)アクリレート等があげられ、これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。中でも好ましくは、ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、メチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート等のアルキル基の炭素数が1〜10の脂肪族(メタ)アクリレートである。
上記芳香族エチレン性不飽和単量体(ロ)としては、例えば、スチレン、ビニルトルエン、α−メチルスチレン等があげられ、これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。中でも、好ましくはスチレンである。
上記ヒドロキシル基含有エチレン性不飽和単量体(ハ)としては、例えば、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート等のポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート等があげられ、これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。中でも好ましくは、炭素数2〜4のヒドロキシアルキル基を有するヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートや、炭素数2〜4のアルキレン基を有するポリアルキレングリコール(メタ)アクリレートであり、特に好ましくはヒドロキシエチル(メタ)アクリレートである。
上記カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(ニ)としては、例えば、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等を用いることができ、これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。中でも、(メタ)アクリル酸、イタコン酸がより好ましい。なお、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸のようなジカルボン酸の場合には、これらのモノエステルやモノアマイドを用いてもよい。
上記エポキシ基含有エチレン性不飽和単量体(ホ)としては、例えば、グリシジル(メタ)アクリレート、アリルグリシジルエーテル、メチルグリシジル(メタ)アクリレート等があげられ、これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。中でも好ましくはグリシジル(メタ)アクリレートである。
上記メチロール基含有エチレン性不飽和単量体(ヘ)としては、例えば、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、ジメチロール(メタ)アクリルアミド等があげられ、これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。
上記アルコキシアルキル基含有エチレン性不飽和単量体(ト)としては、例えば、N−メトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N−ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、メトキシエチル(メタ)アクリレート、メトキシプロピル(メタ)アクリレート、エトキシエチル(メタ)アクリレート、エトキシプロピル(メタ)アクリレート等のアルコキシアルキル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノメトキシ(メタ)アクリレート等のポリアルキレングリコールモノアルコキシ(メタ)アクリレート等があげられ、これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。
上記シアノ基含有エチレン性不飽和単量体(チ)としては、例えば、(メタ)アクリロニトリル等があげられる。
上記ラジカル重合性の二重結合を2個以上有しているエチレン性不飽和単量体(リ)としては、例えば、ジビニルベンゼン、ポリオキシエチレンジ(メタ)アクリレート、ポリオキシプロピレンジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ブタンジオールジ(メタ)アクリレート等のジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート等のトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート等のテトラ(メタ)アクリレート等があげられ、これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。
上記アミノ基を有するエチレン性不飽和単量体(ヌ)としては、例えば、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート等があげられ、これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。
上記スルホン酸基を有するエチレン性不飽和単量体(ル)としては、例えば、ビニルスルホン酸、ビニルスチレンスルホン酸(塩)等があげられ、これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。
上記リン酸基を有するエチレン性不飽和単量体(ヲ)としては、例えば、ビニルホスホン酸、ビニルホスフェート、アシッドホスホキシエチル(メタ)アクリレート、アシッドホスホキシプロピル(メタ)アクリレート、ビス〔(メタ)アクリロイロキシエチル〕ホスフェート、ジフェニル−2−(メタ)アクリロイロキシエチルホスフェート、ジブチル−2−(メタ)アクリロイロキシエチルホスフェート、ジオクチル−2(メタ)アクリロイロキシエチルホスフェート等があげられ、これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。
なお、本発明において、(メタ)アクリロイロキシとは、アクリロイロキシあるいはメタクリロイロキシを意味し、(メタ)アクリル酸とは、アクリル酸あるいはメタクリル酸を意味し、(メタ)アクリルとは、アクリルあるいはメタクリルを意味し、(メタ)アクリレートとは、アクリレートあるいはメタクリレートを意味する。
前記のように、本発明に係る合成樹脂(X)では、その重合成分である各種単量体の構成において、アミド基を有するエチレン性不飽和単量体(a)を用いることが好ましい。上記アミド基を有するエチレン性不飽和単量体(a)を用いることにより、セメントとの混和性が向上し、かつ成膜後の皮膜弾性率が大きく改善されるため、硬化後のクラック抑制以外に塗膜強度をも向上する傾向がみられるからである。
さらに、上記アミド基を有するエチレン性不飽和単量体(a)とともに、このアミド基を有するエチレン性不飽和単量体(a)と共重合可能なエチレン性不飽和単量体(b)を併用することが好ましい。
このような単量体(a)および単量体(b)の併用系の場合、エチレン性不飽和単量体(M)全成分中、アミド基を有するエチレン性不飽和単量体(a)が0.01〜10重量%であることが好ましく、さらには0.01〜7重量%、特には0.01〜5重量%であることが好ましい。すなわち、アミド基を有するエチレン性不飽和単量体(a)が少なすぎると、セメントの混和性が不充分となる傾向がみられ、逆に、多すぎると、エマルジョン組成物の粘度が上昇し作業性が低下する等の問題が生じる傾向がみられるからである。
また、合成樹脂(X)において、単量体(b)を併用する場合、エチレン性不飽和単量体(M)として、前記(メタ)アクリル酸アルキルエステル(イ)を主成分とし、その他のエチレン性不飽和単量体と共重合したアクリル系共重合体であることが好ましい。
本発明において主成分とは、全体〔ここでは、エチレン性不飽和単量体(M)全体〕の50重量%を超える量を含有することを意味し、好ましくは、全体の60重量%以上を含有することをいう。
本発明に係る合成樹脂(X)は、前記単量体の単独重合体もしくは共重合体であるが、この重合の際に、前記単量体以外に、必要に応じて、重合開始剤、重合調整剤、界面活性剤、可塑剤、造膜助剤等の他の成分を適宜用いることができる。
〈重合開始剤〉
上記重合開始剤としては、水溶性、油溶性のいずれのものも用いることが可能である。例えば、アルキルパーオキサイド、t−ブチルヒドロパーオキサイド、クメンヒドロパーオキサイド、p−メタンヒドロパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、3,5,5−トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、t−ブチルクミルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ジクロルベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、3,3,5−トリメチルシクロヘキサノンパーオキサイド、メチルシクロヘキサノンパーオキサイド、ジ−イソブチルパーオキシジカーボネート、ジ−2−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート、t−ブチルパーオキシイソブチレート等の有機過酸化物、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素、4,4’−アゾビス−4−シアノバレリックアシッドのアンモニウム(アミン)塩、2,2’−アゾビス(2−メチルアミドオキシム)ジヒドロクロライド、2,2’−アゾビス(2−メチルブタンアミドオキシム)ジヒドロクロライドテトラヒドレート、2,2’−アゾビス{2−メチル−N−〔1,1−ビス(ヒドロキシメチル)−2−ヒドロキシエチル〕−プロピオンアミド}、2,2’−アゾビス〔2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)−プロピオンアミド〕、各種レドックス系触媒(この場合酸化剤としては、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過酸化水素、t−ブチルハイドロパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、キュメンハイドロパーオキサイド、p−メタンハイドロパーオキサイド等が、還元剤としては亜硫酸ナトリウム、酸性亜硫酸ナトリウム、ロンガリット、アスコルビン酸等が用いられる。)等があげられる。
これらの重合開始剤は単独であるいは2種以上併せて用いられる。これらの中でも重合安定性に優れる点で、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、レドックス系触媒(酸化剤:過硫酸カリウム,過硫酸アンモニウム,過硫酸ナトリウム、還元剤:亜硫酸ナトリウム,酸性亜硫酸ナトリウム,ロンガリット,アスコルビン酸)等が好適である。
上記重合開始剤の使用量は、エチレン性不飽和単量体(M)全体100重量部(以下、「部」と略す)に対して、0.01〜5部の範囲であることが好ましく、さらには0.03〜3部であることがより好ましい。すなわち、重合開始剤の使用量が少なすぎると、重合速度が遅くなる傾向がみられ、逆に、多すぎると、得られる共重合体の分子量が低下し耐水性の面において好ましくない傾向がみられるからである。
なお、上記重合開始剤は、重合缶内に予め加えておいてもよいし、重合開始直前に加えてもよいし、必要に応じて重合途中に追加添加してもよい。あるいは、単量体混合物に予め添加したり、上記単量体混合物からなる乳化液に添加したりしてもよい。また、重合開始剤の添加に際しては、重合開始剤を別途溶媒や上記単量体に溶解して添加したり、溶解した重合開始剤をさらに乳化状にして添加したりしてもよい。
〈重合調整剤〉
また、重合に際して、重合調整剤を配合することができる。前記重合調整剤としては、例えば、連鎖移動剤、pH緩衝剤等があげられる。
上記連鎖移動剤としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール;アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、n−ブチルアルデヒド、フルフラール、ベンズアルデヒド等のアルデヒド類;n−ドデシルメルカプタン、チオグリコール酸、チオグリコール酸オクチル、チオグリセロール等のメルカプタン類等があげられる。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。
この連鎖移動剤の使用は、重合を安定に行わせるという点では有効であるが、合成樹脂(X)の重合度を低下させ、得られる塗膜の弾性率を低下させる可能性がある。そのため、具体的には、連鎖移動剤の使用量は、エチレン性不飽和単量体(M)全体100部に対して、0.010〜1部であることが好ましく、さらに0.010〜0.5部であることが好ましい。連鎖移動剤の使用量が少なすぎると、連鎖移動剤としての効果が不足する傾向がみられ、逆に、多すぎると、塗膜の弾性率が低下する傾向がみられるからである。
また、上記pH緩衝剤としては、例えば、ソーダ灰(炭酸ナトリウム)、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、リン酸一ナトリウム、リン酸一カリウム、リン酸二ナトリウム、リン酸三ナトリウム、酢酸ナトリウム、酢酸アンモニウム、蟻酸ナトリウム、蟻酸アンモニウム等があげられる。これらは単独であるいは2種以上併せて用いられる。
上記pH緩衝剤の使用量は、エチレン性不飽和単量体(M)全体100部に対して0.01〜10部であることが好ましく、さらに0.1〜5部であることが好ましい。pH緩衝剤の使用量が少なすぎると、重合調整剤としての効果が不足する傾向がみられ、逆に、多すぎると、反応を阻害する傾向がみられるからである。
〈界面活性剤〉
さらに、前記界面活性剤としては、例えば、アルキルもしくはアルキルアリル硫酸塩、アルキルもしくはアルキルアリルスルホン酸塩、ジアルキルスルホコハク酸塩、ドデシルベンゼンスルホン酸ソーダ、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム、アルキルスルホン酸ソーダ等のアニオン性界面活性剤;アルキルトリメチルアンモニウムクロライド、アルキルベンジルアンモニウムクロライド等のカチオン性界面活性剤;ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンカルボン酸エステル、ポリオキシエチレングリコール型、ポリオキシエチレンプロピレングリコール型等のノニオン性界面活性剤;およびアンモニウム=α−スルホナト−ω−1−(アリルオキシメチル)アルキルオキシポリオキシエチレン、α−スルホ−ω−(1−(アルコキシ)メチル−2−(2−プロペニルオキシ)エトキシ−ポリ(オキシ−1,2−エタンジイル)のアンモニウム塩、ポリオキシエチレンアルキルプロペニルフェニルエーテル等があげられ、これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。
上記界面活性剤の使用量は、特に制限はないが、エチレン性不飽和単量体(M)全体100部に対して、0.1〜10部であることが好ましく、さらには0.5〜10部、特には0.5〜5部の範囲であることが好ましい。すなわち、界面活性剤の使用量が少なすぎると、重合安定性の面において、不安定になる傾向がみられ、逆に、多すぎると、得られる共重合体の平均粒子径が小さくなりすぎる傾向がみられ、結果、エマルジョン組成物の粘度が高くなりすぎて作業性が低下する等の問題が生じる傾向がみられるからである。
〈可塑剤および造膜助剤〉
また、上記可塑剤としては、例えば、アジペート系可塑剤、フタル酸系可塑剤、燐酸系可塑剤等が使用できる。また、沸点が260℃以上の造膜助剤等も使用できる。
これら可塑剤や、造膜助剤等の他の成分の使用量は、本発明の目的を阻害しない限りにおいて特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
《エマルジョン組成物の製造》
上記で例示される重合成分から形成される合成樹脂(X)を分散質として、本発明のエマルジョン組成物が得られるようになる。そこで、本発明のエマルジョン組成物の製造について、ひいては上記合成樹脂(X)の製造について説明する。
本発明に係る合成樹脂(X)は、例えば、上記エチレン性不飽和単量体(M)を界面活性剤の存在下にて、上記重合開始剤を用いて乳化重合を行い、単独重合体または共重合体を作製することにより製造される。この重合過程において、合成樹脂(X)を分散質とするエマルジョン組成物が製造されるのが一般である。
上記重合方法としては、[1]エチレン性不飽和単量体(M)、界面活性剤、水等の全量を仕込み、昇温し重合する方法、[2]反応缶に水、界面活性剤、エチレン性不飽和単量体(M)の一部を仕込み、昇温し重合した後、残りのエチレン性不飽和単量体(M)を滴下または分割添加して重合を継続する方法、[3]反応缶に水、界面活性剤等を仕込んでおき昇温した後、エチレン性不飽和単量体(M)を全量滴下または分割添加して重合する方法等があげられる。中でも、重合温度の制御が容易である点で、上記[2]、[3]の方法が好ましい。
上記[1]〜[3]に示す重合方法における重合条件としては、例えば、上記[1]の重合方法における重合条件として、通常、40〜100℃程度の温度範囲が適当であり、昇温開始後1〜8時間程度反応を行うこと等があげられる。
また、上記[2]の重合方法における重合条件としては、エチレン性不飽和単量体(M)の1〜50重量%を通常40〜90℃で0.1〜4時間重合した後、残りのエチレン性不飽和単量体(M)を1〜7時間程度かけて滴下または分割添加して、その後、上記温度で1〜3時間程度熟成すること等があげられる。
そして、上記[3]の重合方法における重合条件としては、重合缶に水を仕込み、40〜90℃に昇温し、単量体混合物を2〜7時間程度かけて滴下または分割添加し、その後、上記温度で1〜3時間程度熟成すること等があげられる。
上記重合方法において、エチレン性不飽和単量体(M)は、界面活性剤(または界面活性剤の一部)をエチレン性不飽和単量体(M)に溶解しておくか、または、予めO/W型の乳化液の状態とすることが重合安定性の点から好ましい。
上記予めO/W型の乳化液とする調製方法としては、例えば、水に界面活性剤を溶解した後、上記単量体を仕込み、この混合液を撹拌乳化する方法、あるいは水に界面活性剤を溶解した後撹拌しながら上記単量体を仕込む方法等があげられる。
上記乳化液の乳化の際の撹拌は、各成分を混合し、ホモディスパー、パドル翼等の撹拌翼を取り付けた撹拌装置を用いて行うことができる。乳化時の温度は、乳化中に混合物が反応しない程度の温度であれば問題なく、通常5〜60℃程度が適当である。
《エマルジョン組成物》
このようにしてエマルジョン組成物が得られ、これに伴い、エマルジョン組成物の分散質として合成樹脂(X)が得られる。
本発明のエマルジョン組成物は、分散質が上記合成樹脂(X)であり、また、分散媒が、上記合成樹脂(X)が分散質となるような分散媒であれば、特に限定されるものではないが、好ましくは水系媒体からなるものである。ここで水系媒体とは、水、または水を主体とするアルコール性溶媒をいい、好ましくは水をいう。
また、本発明のエマルジョン組成物には、必要に応じて、例えば、有機顔料、無機顔料、水溶性添加剤、pH調整剤、防腐剤、消泡剤、酸化防止剤等の各種の添加剤を含有していてもよい。
〈平均粒子径と変動係数(α)〉
上記エマルジョン組成物中の合成樹脂(X)の平均粒子径は、100〜500nmの範囲であることが必要で、さらには200〜400nmの範囲であることが好ましい。平均粒子径が上記下限値未満であると、エマルジョン組成物の粘度が高くなりすぎて、セメント混和時のエマルジョン組成物の分散性が悪く、充分な混和性を得ることができないため、塗膜硬化後のクラックが発生する。一方、平均粒子径が上記上限値を超えると、セメント混和時の混和性は良いが、粒子が大きいため、塗膜形成時緻密な塗膜を得ることが難しく、充分な強度が得られず、さらにセメント混和時に充分な発色が得られないものとなる。
また、上記合成樹脂(X)の粒子径の変動係数(α)は、40%以下の範囲であることが必要であり、さらには35%以下の範囲、特には30%以下の範囲であることが好ましい。変動係数が上記上限値を超えると、粒子の大きさにバラツキが大きく、セメント混和時に発色しなくなり、塗膜形成時の内部応力が蓄積し易くセメント硬化後のクラックが発生しやすくなる。なお、かかる変動係数(α)の下限値としては、通常、0.25%である。
上記合成樹脂(X)の平均粒子径および粒子径の変動係数(α)は、下記の式(1)に従い、Nicomp380(Particle Sizing Systems社製)を用いて、合成樹脂(X)の平均粒子径および標準偏差を測定した値から、その変動係数を算出したものである。
〔数1〕
変動係数(%)=標準偏差(nm)/平均粒子径(nm)×100 ……(1)
また、上記合成樹脂(X)の粒子径測定方法としては、上記方法に限定されるものではなく、動的光散乱法、レーザー回折・散乱法、沈降法、電子顕微鏡による直接観察等によることもできる。
この合成樹脂(X)の平均粒子径および粒子径の変動係数(α)は、重合時に用いる処方を適宜に調整することにより、所定の範囲内に設定することができる。例えば、アニオン性界面活性剤とノニオン界面活性剤を組み合わせて使用する場合、界面活性剤の一部を予め重合缶中に仕込み重合をする場合、アニオン性界面活性剤とノニオン界面活性剤の使用量や比率、重合時の攪拌速度等を調整する場合等によって得られる。但し、これらの方法に限定されない。
〈ガラス転移温度(Tg)〉
さらに、上記合成樹脂(X)のガラス転移温度 (Tg) は、0℃以下であることが好ましく、さらには−10℃以下であることが好ましい。ガラス転移温度が高すぎると、塗膜の造膜温度が高くなりすぎ、特に冬場での現場施工時に充分な強度を得ることができないという傾向がみられるからである。なお、かかるガラス転移温度(Tg)の下限値としては、通常、−70℃である。
なお、本発明における合成樹脂(X)のガラス転移温度(Tg)は、下記の式(2)に示すFoxの式で算出した値を用いた。
〔数2〕
1/Tg=W/Tg +W/Tg + ・・・ + W/Tg……(2)
上記式(2)において、WからWは、使用している各単量体の重量分率を示し、TgからTgは、各単量体の単独重合体のガラス転移温度(単位は絶対温度「K」)を示す。また絶対温度は、絶対温度「K」=セルシウス温度「℃」+273.15として計算する。
〈不揮発分濃度〉
また、エマルジョン組成物の不揮発分濃度(固形分濃度)については、セメント混和時の発色の点で45重量%以上であることが好ましく、さらには45〜75重量%、特には50〜70重量%、時には52〜60重量%であることが、発色性、安定性、作業性の点で好ましい。なお、本発明に係る揮発分濃度とは、105℃で1時間乾燥した後の不揮発分濃度(固形分濃度)をいう。
〈粘度〉
さらに、エマルジョン組成物の粘度としては、ハンドリングの点で、通常10〜100000mPa・sであることが好ましく、さらには10〜50000mPa・s、特には10〜10000mPa・sであることが好ましい。
このようにして得られる本発明のエマルジョン組成物は、セメントと配合され、塗膜防水材用組成物、特にポリマーセメント系塗膜防水材用組成物となる。
上記セメントとしては、例えば、普通ポルトランドセメント、アルミナセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント等があげられ、中でもポルトランドセメントが作業性の点から好適である。
上記セメントの配合量は、エマルジョン組成物の不揮発分100重量部に対して3〜500重量部であることが好ましく、更には30〜350重量部であることが好ましい。
また、水の含有量としては、塗膜防水材用組成物全体に対して5〜50重量%であることが好ましく、更には10〜30重量%であることが好ましい。
更に、本発明の塗膜防水材用組成物中には、必要に応じて、砂、珪砂、寒水砂、炭酸カルシウム、カオリン、クレー、珪藻土、シリカフューム、フライアッシュ、高炉スラグなどのポゾラン材料、天然及び人工軽量骨材等の各種骨材が1種又は2種以上を併用して配合される。
本発明の塗膜防水材用組成物には、上記以外のほかの成分を添加しても良い。例えば、セメントの減水剤あるいは流動化剤(例えば、リグニン系、ナフタレン系、メラミン系、カルボン酸系等)、収縮低減剤(例えば、グリコールエーテル系、ポリエーテル系等)、耐寒剤(例えば、塩化カルシウム等)、防水剤(例えば、ステアリン酸等)、防錆剤(例えば、リン酸塩等)、粘度調整剤(例えば、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリビニルアルコール等)、分散剤(例えば、ポリカルボン酸系、無機りん系等)、消泡剤(例えば、シリコン系、鉱油系等)、防腐剤、補強剤(例えば、鋼繊維、ガラス繊維、合成繊維、炭素繊維等)等があげられる。
このようにして、本発明の塗膜防水材用組成物、特にポリマーセメント系塗膜防水材用組成物が得られ、この塗膜防水材用組成物をローラー、左官刷毛又はコテで塗布したり、又はスプレーによる吹き付け施工したりすることにより、塗膜防水材を形成することができる。
上記塗膜防水材が形成される対象物としては、例えば、モルタル、コンクリート、鉄板、アスファルト等からなる建築物の屋上、勾配屋根、外壁、庇、ベランダ、ルーフバルコニー、外部廊下、階段、建築物の地下埋め戻し部分、地下打ち継ぎ部、地下ピットや雑排水槽、防火水槽等の屋内又は地下水槽、サッシ枠周りの防水部、上水道の貯水槽等があげられる。
以下、実施例および比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例に限定されるものではない。
なお、以下の各実施例において示す「部」および「%」は、それぞれ「重量部」および「重量%」の意味である。
<エマルジョン組成物の調製>
〔実施例1〕
予め容器に、水26部、後記の表1に示す界面活性剤a2.5部、界面活性剤c1.62部(表1の90%)、ブチルアクリレート66.2部、スチレン32部、40%アクリルアミド4.6部を秤量し、単量体乳化混合液を調製した。
つぎに、温度計、攪拌機、還流冷却管、窒素導入管および滴下ロートを備えたガラス製反応容器に、ソーダ灰0.1部、水31部、界面活性剤c0.18部(表1の10%)を溶解する。
先に調製した単量体乳化混合液の10%を、上記ガラス製反応容器に加え、85℃に昇温し、85℃昇温の後、10%過硫酸ナトリウム(重合開始剤)1.6部を、上記ガラス製反応容器に添加し反応させた。その後、残りの単量体乳化混合液と10%過硫酸ナトリウム5部とを、3時間にわたってガラス製反応容器に滴下し、85℃で重合を行った。滴下終了後、85℃で180分間熟成を行い、重合を完結させた。室温(25℃)まで冷却後、消泡剤〔ノプコ8034(サンノプコ社製)〕0.4部、防腐剤〔メルガルK9N(Clariant社製)〕0.3部、中和剤(苛性ソ−ダ)0.12部を添加し、さらに水を添加して、不揮発分(固形分)を55.5%、pH=7〜10に調整し、エマルジョン組成物を得た。
〔実施例2〜5,8〕
単量体の組成、および界面活性剤の組成が、後記の表1に示すとおりである他は、実施例1と同様の方法で、エマルジョン組成物を得た。
〔実施例6〕
上記実施例1のエマルジョン組成物160部と、実施例3のエマルジョン組成物40部とを混合して、エマルジョン組成物を得た。
〔実施例7〕
単量体乳化混合液の調製時に、界面活性剤b0.81部(表1の90%)、界面活性剤c2.34部(表1の90%)を添加し、残りの界面活性剤を、ガラス製反応容器に仕込むほかは、実施例1と同様の方法で、エマルジョン組成物を得た。
〔比較例1〕
単量体乳化混合液の調製時に、界面活性剤a2.5部(表1の50%)、界面活性剤c1.8部(表1の50%)を添加し、残りの界面活性剤を、ガラス製反応容器に仕込むほかは、実施例1と同様の方法で、エマルジョン組成物を得た。
〔比較例2〕
単量体の組成、および界面活性剤の組成が、後記の表1に示すとおりである他は、実施例1と同様の方法で、エマルジョン組成物を得た。
〔比較例3〕
上記実施例1のエマルジョン組成物100部と、実施例3のエマルジョン組成物100部とを混合して、エマルジョン組成物を得た。
〔比較例4〕
単量体乳化混合液の調製時に、界面活性剤c1.8部(表1の100%)を添加する他は、実施例1と同様の方法で、エマルジョン組成物を得た。
Figure 2009102616
また、上記得られた各エマルジョン組成物について、平均粒子径、変動係数、不揮発分濃度、及びガラス転移温度〔Tg〕の物性を測定した。これらの結果を、上記の表1に併せて示す。
<塗膜防水材の作製>
〔実施例9〜16、比較例5〜8〕
このようにして得られた実施例1〜8および比較例1〜4の各エマルジョン組成物を、下記の表2に示す各成分の配合割合で各々配合し、ミキサーにより3分間混練りして、各スラリーを作製した。ついで、スレート板に離型紙を貼り、アクリル板の型枠(長径30cm、短径25cm、厚さ2mm)を固定し、上記作製した各スラリーを、それぞれ型枠に流し込み、表面をコテで滑らかにした後、室温20℃±2℃、相対湿度65%±10%の条件下で養生を1週間行った。その後、このスラリーを裏返し、さらに1週間養生を行
うことにより、目的とする実施例および比較例用の塗膜防水材を得た。
なお、実施例12、比較例6については、エマルジョン組成物に加水せず、実施例12では水量(W)/セメント量(C)=100%、エマルジョン量(ポリマー:P)/セメント量(C)=100%、比較例6ではW/C=122%、P/C=100%となる塗膜防水材を作製した。
Figure 2009102616
このようにして得られた実施例9〜16および比較例5〜8の各塗膜防水材を用い、下記の試験方法にしたがって測定・評価した。これらの結果を後記の表3に示す。なお、発色性試験については、エマルジョン組成物とセメント等との混練り状態(スラリー状態)を用いて測定・評価した。
《発色性》
塗膜防水材を作製する際の、エマルジョン組成物とセメント粉体等との混練り状態(スラリー状態)を用いて、この外観の発色性を目視で観察する。発色性は、色の標準((財)日本色彩研究所発行)を元に判別した色相,彩度を用いて、下記のように評価した。
×:波長400〜800nmの色相で、彩度1未満。
△:波長400〜800nmの色相で、彩度1。
○:波長400〜800nmの色相で、彩度2以上。
《機械的評価:引張強度,伸び率》
塗膜防水材を、〔JIS K 6301の3.(引張試験)〕に規定するダンベル2号形で打ち抜き、試験片とし、試験片は3個作製した。この試験片の縦中央部分に幅20mmの標線を正確かつ鮮明に引き、膜厚計で3箇所の厚みを測定し、平均値を試験片の厚さtmmとした。
試験片を引張試験機(AUTOGRAPH AGF−5D、島津製作所社製)に取り付け、試験片が破断するまで、あるいは、標線間距離の10倍まで引張荷重を加え、最大引張荷重(PB)と標線間距離(L)を測定した。破断時の標線間距離は、定規を用い目視で測定した。試験条件は、200mm/分、初期のチャック間距離60mm、23℃±2℃、相対湿度50%±10%とした。
〈引張強度〉
下記の式(3)より、試験片の「引張強度」を算出し、下記の基準にしたがって評価した。
○:0.8N/mm以上。
△:0.4N/mm以上0.8N/mm未満。
×:0.4N/mm未満。
〔数3〕
TB=PB/A ……(3)
上記式(3)において、TBは、試験片の引張強度(N/mm)である。PBは、試験片の最大引張荷重(N)である。Aは、試験片の断面積(mm)であり、試験片の幅10mm×厚みtmmより算出される。
〈伸び率〉
下記の式(4)により破断時の「伸び率」を算出し、下記の基準にしたがって評価した。
○:100%以上。
△:30%以上100%未満。
×:30%未満。
〔数4〕
E=(L−20)/20×100 ……(4)
上記式(4)において、Eは破断持の伸び率(%)である。Lは破断持の標線間距離(mm)である。
《外観性》
塗膜防止材を目視で観察し、下記の判断基準にしたがって評価した。
○:クラック発生なし。
△:長さ5mm以下のクラック3箇所以下。
×:長さ5mm以下のクラック4箇所以上または長さ5mm以上の亀裂1箇所以上。
Figure 2009102616
以上の結果より、実施例9〜16の塗膜防止材はいずれも、発色性、引張強度、伸び率、外観性に優れた結果が得られた。そして、これらの塗膜防水材に用いた実施例1〜8のエマルジョン組成物は、セメントとの混和性に優れ、かつ混和時に一定の発色をするため、現場での施工時において、混和性判断が目視で可能となり、硬化物のクラック発生を抑制することが、比較的容易になるものであることが分かる。
これに対して、比較例5,6は、用いた比較例1,2のエマルジョン組成物が、本発明に係る合成樹脂の平均粒子径の範囲から外れるため、発色性が悪く、外観性に劣る結果となった。また、比較例7,8は、用いた比較例3,4のエマルジョン組成物が、本発明に係る合成樹脂の平均粒子径の変動係数の上限値を超えるため、発色性および外観性に劣る結果となった。
本発明のエマルジョン組成物は、セメントとの混和性に優れ、かつ発色によって良好な混和性を確認することができるため、比較的容易にクラック発生を抑制したセメント硬化物を得ることができる。このようなセメント硬化物が得られる本発明のエマルジョン組成物は、土木・建築分野において有用であり、特に、塗膜防水材組成物として、建築物の屋上、勾配屋根、ベランダ、ルーフバルコニー、外壁、庇、外部廊下、階段、建築物の地下埋め戻し部分、地下打ち継ぎ部、地下ピットや雑排水槽、防火水槽等の屋内又は地下水槽、サッシ枠周りの防水部、上水道の貯水槽、床や地下鉄の周壁等の防水工事において使用することが非常に有用である。

Claims (8)

  1. 分散質が合成樹脂(X)であるエマルジョン組成物において、合成樹脂(X)の平均粒子径が100〜500nmの範囲であり、かつ、その粒子径の変動係数(α)が40%以下であることを特徴とするエマルジョン組成物。
  2. エマルジョン組成物の不揮発分濃度が、45重量%以上であることを特徴とする請求項1に記載のエマルジョン組成物。
  3. 合成樹脂(X)のガラス転移温度が、0℃以下であることを特徴とする請求項1または2記載のエマルジョン組成物。
  4. 合成樹脂(X)が、アミド基を有するエチレン性不飽和単量体(a)の単独重合体もしくは共重合体からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のエマルジョン組成物。
  5. 塗膜防水材に用いられることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のエマルジョン組成物。
  6. 請求項1〜5いずれか一項に記載のエマルジョン組成物に、さらにセメントを配合してなることを特徴とする塗膜防水材用組成物。
  7. 請求項1〜5のいずれか一項に記載のエマルジョン組成物を含有してなることを特徴とする塗膜防水材。
  8. 請求項6記載の塗膜防水材用組成物を、下記(A)に記載のいずれかの方法により施工して塗膜防水材を形成することを特徴とする塗膜防水材の形成方法。
    (A)ローラーによる塗布,左官刷毛による塗布,コテによる塗布,スプレーによる吹き付け施工。
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