JP2011168770A - 建築塗料用水性樹脂組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】塗膜の光沢および耐汚染性に優れ、良好な耐水性、塗膜硬度および耐候性を有する塗膜を形成する建築塗料用水性樹脂組成物及び当該水性樹脂組成物を含有する建築塗料を提供すること。
【解決手段】エマルション粒子10g、水溶性ポリマー0.5gおよび水90gを混合してなる水性組成物を回転速度40000min-1で25℃の温度にて4時間遠心分離し、当該遠心分離によって分離された水層に存在している水溶性ポリマーの量が水溶性ポリマー全量のうちの85質量%以上であることを満足する水溶性ポリマー、およびエマルション粒子を含有してなり、水溶性ポリマーの重量平均分子量が500〜80000であり、エマルション粒子100質量部あたりの水溶性ポリマーの量が0.3〜12質量部である建築塗料用水性樹脂組成物、ならびに前記建築塗料用水性樹脂組成物および顔料を含有する建築塗料。
【選択図】なし

Description

本発明は、建築塗料用水性樹脂組成物に関する。さらに詳しくは、本発明は、建築塗料用水性樹脂組成物および当該建築塗料用水性樹脂組成物を含有する水性の建築塗料に関する。
近年、建築外装用塗料においては、地球環境の保護の観点から、有機溶剤型塗料から水性塗料への転換が進み、この水性塗料には水性樹脂組成物が用いられている。水性樹脂組成物としては、例えば、樹脂エマルションと、エポキシ樹脂、アミノ樹脂などの樹脂を含む水性樹脂組成物が提案されている(例えば、特許文献1参照)。しかし、この水性樹脂組成物には、形成された塗膜の光沢および耐汚染性に劣るという欠点がある。
特開2004−83644号公報
本発明は、前記従来技術に鑑みてなされたものであり、前記水性樹脂組成物よりも塗膜の光沢および耐汚染性に優れ、さらに良好な耐水性、塗膜硬度および耐候性を有する塗膜を形成する建築塗料用水性樹脂組成物および当該建築塗料用水性樹脂組成物を含有する水性の建築塗料を提供することを課題とする。
本発明は、
(1) (A)エマルション粒子10g、水溶性ポリマー0.5gおよび水90gを混合してなる水性組成物を回転速度40000min-1で25℃の温度にて4時間遠心分離し、当該遠心分離によって分離された水層に存在している水溶性ポリマーの量が水溶性ポリマー全量のうちの85質量%以上であることを満足する水溶性ポリマー、および(B)エマルション粒子を含有してなり、水溶性ポリマーの重量平均分子量が500〜80000であり、エマルション粒子100質量部あたりの水溶性ポリマーの量が0.3〜12質量部であることを特徴とする建築塗料用水性樹脂組成物、
(2) 用途が建築外装トップコートである前記(1)に記載の建築塗料用水性樹脂組成物、
(3) エマルション粒子が多層構造を有する前記(2)に記載の建築塗料用水性樹脂組成物、
(4) エマルション粒子が少なくとも外層、中間層および内層の3層を有し、中間層を構成している重合体のガラス転移温度が外層を構成している重合体のガラス転移温度よりも高い前記(2)または(3)に記載の建築塗料用水性樹脂組成物、
(5) 用途が建築建材塗料である前記(1)に記載の建築塗料用水性樹脂組成物、
(6) エマルション粒子が多層構造を有する前記(5)に記載の建築塗料用水性樹脂組成物、
(7) エマルション粒子が内層および外層を有し、内層のガラス転移温度が80〜200℃であり、外層のガラス転移温度が−10〜40℃である前記(5)または(6)に記載の建築塗料用水性樹脂組成物、
(8) 内層を構成している重合体のガラス転移温度と外層を構成している重合体のガラス転移温度との差が50℃以上である前記(5)〜(7)のいずれかに記載の建築塗料用水性樹脂組成物、
(9) エマルション粒子全体のガラス転移温度が0〜65℃である前記(5)〜(8)のいずれかに記載の建築塗料用水性樹脂組成物、
(10) 内層を構成する重合体と外層を構成する重合体との質量比〔内層を構成する重合体/外層を構成する重合体〕が25/75〜75/25である前記(5)〜(9)のいずれかに記載の建築塗料用水性樹脂組成物、
(11) エマルション粒子における内層を構成している重合体と外層を構成している重合体との合計含有率が50〜100質量%である前記(5)〜(10)のいずれかに記載の建築塗料用水性樹脂組成物、
(12) 外層を構成する重合体に用いられる単量体成分におけるカルボキシル基含有単量体の含有率が、内層を構成する重合体に用いられる単量体成分におけるカルボキシル基含有単量体の含有率よりも高い前記(5)〜(11)のいずれか記載の建築塗料用水性樹脂組成物、
(13) 水溶性ポリマーが、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドンおよび界面活性剤からなる群より選ばれた少なくとも1種である前記(1)〜(12)のいずれかに記載の建築塗料用水性樹脂組成物、ならびに
(14) 前記(1)〜(13)のいずれかに記載の建築塗料用水性樹脂組成物および顔料を含有することを特徴とする建築塗料
に関する。
本発明によれば、従来の水性樹脂組成物よりも塗膜の光沢および耐汚染性に優れ、さらに良好な耐水性、塗膜硬度および耐候性を有する塗膜を形成する建築塗料用水性樹脂組成物および当該建築塗料用水性樹脂組成物を含有する建築塗料が提供される。
本発明の建築塗料用水性樹脂組成物は、(A)エマルション粒子10g、水溶性ポリマー0.5gおよび水90gを混合してなる水性組成物を回転速度40000min-1で25℃の温度にて4時間遠心分離し、当該遠心分離によって分離された水層に存在している水溶性ポリマーの量が水溶性ポリマー全量のうちの85質量%以上であることを満足する水溶性ポリマー、および(B)エマルション粒子を含有してなり、水溶性ポリマーの重量平均分子量が500〜80000であり、エマルション粒子100質量部あたりの水溶性ポリマーの量が0.3〜12質量部であることを特徴とする。
本発明において、エマルション粒子10g、水溶性ポリマー0.5gおよび水90gを混合してなる水性組成物を回転速度40000min-1で25℃の温度にて4時間遠心分離し、当該遠心分離によって分離された水層に存在している水溶性ポリマーの量が水溶性ポリマー全量のうちの85質量%以上であることを満足することは、水溶性ポリマーがエマルション粒子に吸着されないことの指標となる。
本発明では、前記水溶性ポリマーが用いられるので、この水溶性ポリマーを建築塗料に用いたとき、当該建築塗料によって形成された塗膜が乾燥する際に、この水溶性ポリマーがエマルション粒子に吸着しがたいことから、エマルション粒子同士の凝集が抑制され、収縮による皺やひび割れが生じることなく塗膜表面が平滑となることから、塗膜に光沢が付与されるものと考えられる。
本発明の建築塗料用水性樹脂組成物に用いられる樹脂エマルションは、単量体成分を乳化重合させることによって調製することができる。
単量体成分としては、例えば、芳香族系単量体、エチレン性不飽和単量体などのラジカル重合性単量体が挙げられ、これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
芳香族系単量体としては、例えば、スチレンおよびその誘導体、アラルキル(メタ)アクリレートなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの芳香族系単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
スチレンおよびその誘導体としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、o−エチルスチレン、m−エチルスチレン、p−エチルスチレン、o−メトキシスチレン、m−メトキシスチレン、p−メトキシスチレン、o−エトキシスチレン、m−エトキシスチレン、p−エトキシスチレン、o−フルオロスチレン、m−フルオロスチレン、p−フルオロスチレン、o−クロロスチレン、m−クロロスチレン、p−クロロスチレン、o−ブロモスチレン、m−ブロモスチレン、p−ブロモスチレン、o−アセトキシスチレン、m−アセトキシスチレン、p−アセトキシスチレン、o−tert−ブトキシスチレン、m−tert−ブトキシスチレン、p−tert−ブトキシスチレン、o−tert−メチルスチレン、m−tert−メチルスチレン、p−tert−メチルスチレン、ビニルトルエンなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。スチレンおよびその誘導体は、ベンゼン環にメチル基、tert−ブチル基などのアルキル基、ニトロ基、ニトリル基、アルコキシル基、アシル基、スルホン基、ヒドロキシル基、ハロゲン原子などの官能基が存在していてもよい。スチレンおよびその誘導体のなかでは、塗膜の耐水性を高める観点から、スチレンが好ましい。
アラルキル(メタ)アクリレートとしては、例えば、ベンジル(メタ)アクリレート、フェニルエチル(メタ)アクリレート、メチルベンジル(メタ)アクリレート、ナフチルメチル(メタ)アクリレートなどの炭素数が7〜18のアラルキル基を有するアラルキル(メタ)アクリレートなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
なお、本明細書において、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレート」および/または「メタクリレート」を意味し、「(メタ)アクリル酸」は、「アクリル酸」および/または「メタクリル酸」を意味する。
エチレン性不飽和単量体としては、例えば、アルキル(メタ)アクリレート、水酸基含有(メタ)アクリレート、カルボキシル基含有単量体、オキソ基含有単量体、フッ素原子含有単量体、窒素原子含有単量体、エポキシ基含有単量体、アルコキシアルキル(メタ)アクリレート、シラン基含有単量体、カルボニル基含有単量体、アジリジニル基含有単量体などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのエチレン性不飽和単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
アルキル(メタ)アクリレートとしては、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、n−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、n−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、sec−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、n−オクチル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、n−ラウリル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、2−(アセトアセトキシ)エチル(メタ)アクリレート、2−エチルへキシルカルビトール(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、4−メチルシクロへキシルメチル(メタ)アクリレート、tert−ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、シクロドデシル(メタ)アクリレートなどのエステル基の炭素数が1〜18のアルキル(メタ)アクリレートなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
水酸基含有(メタ)アクリレートとしては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ヒドロキシ(メタ)アクリレートなどのエステル基の炭素数が1〜18の水酸基含有(メタ)アクリレートなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
カルボキシル基含有単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸、マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、イタコン酸、シトラコン酸、無水マレイン酸、マレイン酸モノメチルエステル、マレイン酸モノブチルエステル、イタコン酸モノメチルエステル、イタコン酸モノブチルエステル、ビニル安息香酸、シュウ酸モノヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、カルボキシル基末端カプロラクトン変性(メタ)アクリレートなどのカルボキシル基含有脂肪族系単量体などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。これらのカルボキシル基含有単量体のなかでは、エマルション粒子の分散安定性を向上させる観点から、アクリル酸、メタクリル酸およびイタコン酸が好ましく、アクリル酸およびメタクリル酸がより好ましい。
オキソ基含有単量体としては、例えば、エチレングリコール(メタ)アクリレート、エチレングリコールメトキシ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコール(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールメトキシ(メタ)アクリレートなどの(ジ)エチレングリコール(メトキシ)(メタ)アクリレートなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
フッ素原子含有単量体としては、例えば、トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、テトラフルオロプロピル(メタ)アクリレート、オクタフルオロペンチル(メタ)アクリレート、パーフルオロブチルエチル(メタ)アクリレート、パーフルオロイソノニルエチル(メタ)アクリレート、パーフルオロオクチルエチル(メタ)アクリレートなどのエステル基にフッ素原子を有するフッ素原子含有アルキル(メタ)アクリレートなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
窒素原子含有単量体としては、例えば、(メタ)アクリルアミド、N−モノメチル(メタ)アクリルアミド、N−モノエチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N−n−プロピル(メタ)アクリルアミド、N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド、メチレンビス(メタ)アクリルアミド、N−メチロール(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、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミドなどのアクリルアミド化合物、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、モルホリンのエチレンオキサイド付加(メタ)アクリレートなどの窒素原子含有(メタ)アクリレート化合物、N−ビニルピロリドン、N−ビニルピリジン、N−ビニルイミダゾール、N−ビニルピロール、N−ビニルオキサゾリドン、N−ビニルサクシンイミド、N−ビニルメチルカルバメート、N,N−メチルビニルアセトアミド、(メタ)アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、2−イソプロペニル−2−オキサゾリン、2−ビニル−2−オキサゾリン、(メタ)アクリロニトリルなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
エポキシ基含有単量体としては、例えば、グリシジル(メタ)アクリレート、α−メチルグリシジル(メタ)アクリレート、グリシジルアリルエーテル、オキソシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレートなどのエポキシ基含有(メタ)アクリレートなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
アルコキシアルキル(メタ)アクリレートとしては、例えば、メトキシエチル(メタ)アクリレート、メトキシブチル(メタ)アクリレート、エトキシブチル(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリプロポキシ(メタ)アクリレートなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
シラン基含有単量体としては、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリ(メトキシエトキシ)シラン、γ−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、2−スチリルエチルトリメトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、γ−(メタ)アクリロイルオキシプロピルヒドロキシシラン、γ−(メタ)アクリロイルオキシプロピルメチルヒドロキシシランなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
カルボニル基含有単量体としては、例えば、アクロレイン、ホウミルスチロール、ビニルエチルケトン、(メタ)アクリルオキシアルキルプロペナール、アセトニル(メタ)アクリレート、ジアセトン(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートアセチルアセテート、ブタンジオール−1,4−アクリレートアセチルアセテートなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
アジリジニル基含有単量体としては、例えば、(メタ)アクリロイルアジリジン、(メタ)アクリル酸2−アジリジニルエチルなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
エチレン性不飽和単量体のなかでは、塗膜の耐水性を向上させる観点から、(メタ)アクリル系単量体が好ましく、tert−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、シクロヘキシル(メタ)アクリレートおよびグリシジル(メタ)アクリレートがより好ましい。
また、本発明においては、エマルション粒子に紫外線安定性や紫外線吸収性を付与する観点から、本発明の目的が阻害されない範囲内で、紫外線安定性単量体、紫外線吸収性単量体などを単量体成分に含有させてもよい。
紫外線安定性単量体としては、例えば、4−(メタ)アクリロイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−(メタ)アクリロイルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−(メタ)アクリロイルオキシ−1,2,2,6,6−ペンタメチルピペリジン(、4−(メタ)アクリロイル−1−メトキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−シアノ−4−(メタ)アクリロイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、1−(メタ)アクリロイル−4−(メタ)アクリロイルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−クロトノイルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−(メタ)アクリロイルアミノ−1,2,2,6,6−ペンタメチルピペリジン、4−シアノ−4−(メタ)アクリロイルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−クロトノイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、1−(メタ)アクリロイル−4−シアノ−4−(メタ)アクリロイルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、1−クロトノイル−4−クロトノイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジンなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
紫外線吸収性単量体としては、例えば、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収性単量体、ベンゾフェノン系紫外線吸収性単量体などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
ベンゾトリアゾール系紫外線吸収性単量体としては、例えば、2−[2′−ヒドロキシ−5′−(メタ)アクリロイルオキシメチルフェニル]−2H−ベンゾトリアゾール、2−[2′−ヒドロキシ−5′−(メタ)アクリロイルオキシエチルフェニル]−2H−ベンゾトリアゾール、2−[2′−ヒドロキシ−5′−(メタ)アクリロイルオキシメチルフェニル]−5−tert−ブチル−2H−ベンゾトリアゾール、2−[2′−ヒドロキシ−5′−(メタ)アクリロイルアミノメチル−5′−tert−オクチルフェニル]−2H−ベンゾトリアゾール、2−[2′−ヒドロキシ−5′−(メタ)アクリロイルオキシプロピルフェニル]−2H−ベンゾトリアゾール、2−[2′−ヒドロキシ−5′−(メタ)アクリロイルオキシヘキシルフェニル]−2H−ベンゾトリアゾール、2−[2′−ヒドロキシ−3′−tert−ブチル−5′−(メタ)アクリロイルオキシエチルフェニル]−2H−ベンゾトリアゾール、2−[2′−ヒドロキシ−3′−tert−ブチル−5′−(メタ)アクリロイルオキシエチルフェニル]−5−クロロ−2H−ベンゾトリアゾール、2−[2′−ヒドロキシ−5′−tert−ブチル−3′−(メタ)アクリロイルオキシエチルフェニル]−2H−ベンゾトリアゾール、2−[2′−ヒドロキシ−5′−(メタ)アクリロイルオキシエチルフェニル]−5−クロロ−2H−ベンゾトリアゾール、2−[2′−ヒドロキシ−5′−(メタ)アクリロイルオキシエチルフェニル]−5−シアノ−2H−ベンゾトリアゾール、2−[2′−ヒドロキシ−5′−(メタ)アクリロイルオキシエチルフェニル]−5−tert−ブチル−2H−ベンゾトリアゾール、2−[2′−ヒドロキシ−5′−(β−(メタ)アクリロイルオキシエトキシ)−3′−tert−ブチルフェニル]−4−tert−ブチル−2H−ベンゾトリアゾールなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
ベンゾフェノン系紫外線吸収性単量体としては、例えば、2−ヒドロキシ−4−(メタ)アクリロイルオキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−[2−ヒドロキシ−3−(メタ)アクリロイルオキシ]プロポキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−[2−(メタ)アクリロイルオキシ]エトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−[3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロポキシ]ベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−3−tert−ブチル−4−[2−(メタ)アクリロイルオキシ]ブトキシベンゾフェノンなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
単量体成分を乳化重合させる方法としては、例えば、メタノールなどの低級アルコールなどの水溶性有機溶媒と水とを含む水性媒体、水などの媒体中に乳化剤を溶解させ、撹拌下で単量体成分および重合開始剤を滴下させる方法、乳化剤および水を用いてあらかじめ乳化させておいた単量体成分を水または水性媒体中に滴下させる方法などが挙げられるが、本発明は、かかる方法のみに限定されるものではない。なお、媒体の量は、得られる樹脂エマルションに含まれる不揮発分量を考慮して適宜設定すればよい。媒体は、あらかじめ反応容器に仕込んでおいてもよく、あるいはプレエマルションとして使用してもよい。また、媒体は、必要により、単量体成分を乳化重合させ、樹脂エマルションを製造しているときに用いてもよい。
単量体成分を乳化重合させる際には、単量体成分、乳化剤および媒体を混合した後に乳化重合を行なってもよく、単量体成分、乳化剤および媒体を攪拌することによって乳化させ、プレエマルションを調製した後に乳化重合を行なってもよく、あるいは単量体成分、乳化剤および媒体のうちの少なくとも1種類とその残部のプレエマルションとを混合して乳化重合を行なってもよい。単量体成分、乳化剤および媒体は、それぞれ一括添加してもよく、分割添加してもよく、あるいは連続滴下してもよい。
前記で得られた樹脂エマルションに含まれているエマルション粒子上に外層を形成させる場合には、前記樹脂エマルション中で前記と同様にして単量体成分を乳化重合させることにより、前記エマルション粒子上に外層を形成させることができる。また、前記外層が形成されたエマルション粒子上にさらに外層を形成させる場合には、前記と同様にして樹脂エマルション中で単量体成分を乳化重合させることにより、前記エマルション粒子上にさらに外層を形成させることができる。このように多段乳化重合法により、多層構造を有するエマルション粒子を含有する樹脂エマルションを調製することができる。
乳化剤としては、アニオン性乳化剤、ノニオン性乳化剤、カチオン性乳化剤、両性乳化剤、高分子乳化剤などが挙げられ、これらの乳化剤は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
アニオン性乳化剤としては、例えば、アンモニウムドデシルサルフェート、ナトリウムドデシルサルフェートなどのアルキルサルフェート塩;アンモニウムドデシルスルホネート、ナトリウムドデシルスルホネート、ナトリウムアルキルジフェニルエーテルジスルホネートなどのアルキルスルホネート塩;アンモニウムドデシルベンゼンスルホネート、ナトリウムドデシルナフタレンスルホネートなどのアルキルアリールスルホネート塩;ポリオキシエチレンアルキルスルホネート塩;ポリオキシエチレンアルキルサルフェート塩;ポリオキシエチレンアルキルアリールサルフェート塩;ジアルキルスルホコハク酸塩;アリールスルホン酸−ホルマリン縮合物;アンモニウムラウリレート、ナトリウムステアリレートなどの脂肪酸塩;ビス(ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル)メタクリレートスルホネート塩、プロペニル−アルキルスルホコハク酸エステル塩、(メタ)アクリル酸ポリオキシエチレンスルホネート塩、(メタ)アクリル酸ポリオキシエチレンホスフォネート塩、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のスルホネート塩などのアリル基を有する硫酸エステルまたはその塩;アリルオキシメチルアルコキシエチルポリオキシエチレンの硫酸エステル塩、ポリオキシアルキレンアルケニルエーテル硫酸アンモニウム塩などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
ノニオン性乳化剤としては、例えば、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アルキルアリールエーテル、ポリエチレングリコールとポリプロピレングリコールとの縮合物、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、脂肪酸モノグリセライド、エチレンオキサイドと脂肪族アミンとの縮合体、アリルオキシメチルアルコキシエチルヒドロキシポリオキシエチレン、ポリオキシアルキレンアルケニルエーテルなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
カチオン性乳化剤としては、例えば、ドデシルアンモニウムクロライドなどのアルキルアンモニウム塩などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
両性乳化剤としては、例えば、ベタインエステル型乳化剤などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
高分子乳化剤としては、例えば、ポリアクリル酸ナトリウムなどのポリ(メタ)アクリル酸塩;ポリビニルアルコール;ポリビニルピロリドン;ポリヒドロキシエチルアクリレートなどのポリヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート;これらの重合体を構成する単量体のうちの1種以上を共重合成分とする共重合体などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
また、乳化剤として、塗膜の耐水性を向上させる観点から、重合性基を有する乳化剤、すなわち、いわゆる反応性乳化剤が好ましく、環境保護の観点から、非ノニルフェニル型の乳化剤が好ましい。
反応性乳化剤としては、例えば、プロペニル−アルキルスルホコハク酸エステル塩、(メタ)アクリル酸ポリオキシエチレンスルホネート塩、(メタ)アクリル酸ポリオキシエチレンホスフォネート塩、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スルホネート塩、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のスルホネート塩、アリルオキシメチルノニルフェノキシエチルヒドロキシポリオキシエチレンのスルホネート塩、アリルオキシメチルアルコキシエチルヒドロキシポリオキシエチレン硫酸エステル塩、ビス(ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル)メタクリレート化スルホネート塩、アリルオキシメチルアルコキシエチルヒドロキシポリオキシエチレン、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、アリルオキシメチルノニルフェノキシエチルヒドロキシポリオキシエチレンなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
乳化剤の量は、単量体成分100質量部あたり、重合安定性を向上させる観点から、好ましくは0.01質量部以上、より好ましくは0.5質量部以上、さらに好ましくは1質量部以上であり、塗膜の耐水性を向上させる観点から、好ましくは10質量部以下、より好ましくは7質量部以下、さらに好ましくは5質量部以下である。
重合開始剤としては、例えば、アゾビスイソブチロニトリル、2,2−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、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―ジアミノプロパン)ハイドロクロライド、4,4−アゾビス(4−シアノ吉草酸)、2,2−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン)などのアゾ化合物;過硫酸カリウムなどの過硫酸塩;過酸化水素、ベンゾイルパーオキサイド、パラクロロベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、過酸化アンモニウムなどの過酸化物などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの重合開始剤は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
重合開始剤の量は、単量体成分100質量部あたり、重合速度を高め、未反応の単量体成分の残存量を低減させる観点から、好ましくは0.01質量部以上、より好ましくは0.05質量部以上、さらに好ましくは0.1質量部以上であり、塗膜の耐水性を向上させる観点から、好ましくは1質量部以下、より好ましくは0.8質量部以下、さらに好ましくは0.5質量部以下である。
重合開始剤の添加方法は、特に限定されない。その添加方法としては、例えば、一括仕込み、分割仕込み、連続滴下などが挙げられる。また、重合反応の終了時期を早める観点から、単量体成分を反応系内に添加する終了前またはその終了後に、重合開始剤の一部を添加してもよい。
なお、重合開始剤の分解を促進するために、例えば、亜硫酸水素ナトリウムなどの還元剤、硫酸第一鉄などの遷移金属塩などの重合開始剤の分解剤を反応系内に適量で添加してもよい。
また、エマルション粒子の重量平均分子量を調整するために、連鎖移動剤を用いることができる。連鎖移動剤としては、例えば、チオグリコール酸2−エチルヘキシル、tert−ドデシルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン、n−ドデシルメルカプタン、メルカプト酢酸、メルカプトプロピオン酸、2−メルカプトエタノール、α−メチルスチレン、α−メチルスチレンダイマーなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの連鎖移動剤は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。連鎖移動剤の量は、エマルション粒子の重量平均分子量を調整する観点から、単量体成分100質量部あたり、0.01〜10質量部であることが好ましい。
反応系内には、必要により、pH緩衝剤、キレート剤、造膜助剤などの添加剤を添加してもよい。添加剤の量は、その種類によって異なるので一概には決定することができないが、通常、単量体成分100質量部あたり、好ましくは0.01〜5質量部程度、より好ましくは0.1〜3質量部程度である。
単量体成分を乳化重合させる際の雰囲気は、特に限定されないが、重合反応の効率を高める観点から、窒素ガスなどの不活性ガスであることが好ましい。
単量体成分を乳化重合させる際の重合温度は、特に限定がないが、通常、好ましくは0〜100℃、より好ましくは40〜95℃である。重合温度は、一定であってもよく、重合反応の途中で変化させてもよい。
単量体成分を乳化重合させる重合時間は、特に限定がなく、重合反応の進行状況に応じて適宜設定すればよいが、通常、2〜8時間程度である。
なお、単量体成分を乳化重合させるとき、得られる重合体が有する酸性基の一部または全部が中和剤で中和されるようにしてもよい。中和剤は、最終段で単量体成分を添加した後に使用してもよく、例えば、1段目の重合反応と2段目の重合反応との間に使用してもよく、初期の乳化重合反応の終了時に使用してもよい。
中和剤としては、例えば、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属の水酸化物;炭酸カルシウムなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属の炭酸化物;アンモニア、モノメチルアミンなどの有機アミンなどのアルカリ性物質が挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの中和剤のなかでは、形成される塗膜の耐水性を向上させる観点から、アンモニアなどの揮発性を有するアルカリ性物質が好ましい。
また、単量体成分を乳化重合させるとき、形成される塗膜の耐水性を向上させる観点から、シランカップリング剤を適量で用いてもよい。シランカップリング剤としては、例えば、(メタ)アクリロイル基、ビニル基、アリル基、プロペニル基などの重合性不飽和結合を有するシランカップリング剤などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
以上のようにして単量体成分を乳化重合させることにより、樹脂エマルションが得られる。樹脂エマルションに含まれるエマルション粒子は、1段の乳化重合によって調製された1種類の重合体のみで構成されていてもよいが、単量体成分を多段乳化重合させることによって調製された多層構造の重合体層を有することが、塗膜の塗膜硬度と造膜性との相反する性質を両立させる観点から好ましい。
また、エマルション粒子は、多層構造の重合体層を有し、アクリル系重合体からなるエマルション粒子であることが、低温造膜性ならびに形成される塗膜の塗膜硬度および耐水性を向上させる観点から好ましい。なお、多層構造の重合体層を有し、アクリル系重合体からなるエマルション粒子は、多層構造の重合体層を有し、その重合体層を形成している重合体に用いられる単量体成分に必須成分として(メタ)アクリル酸が用いられているエマルション粒子を意味する。
本発明の建築塗料用水性樹脂組成物は、例えば、建築外装トップコート用水性樹脂組成物、建築建材用水性樹脂組成物などとして好適に用いることができる。なお、建築外装トップコート用水性樹脂組成物は、例えば、屋外などでのトップコートの塗装に用いられるものであり、形成される塗膜は、常温で乾燥される。また、建築建材用水性樹脂組成物は、例えば、建材を製造する工場などの工場内で塗装する際に用いられるものであり、形成される塗膜は、通常、加熱によって乾燥される。
〔建築外装トップコート用水性樹脂組成物〕
建築外装トップコート用水性樹脂組成物に用いられるエマルション粒子は、多層構造を有することが、低温造膜性ならびに形成される塗膜の塗膜硬度および耐水性を向上させる観点から好ましい。エマルション粒子が複数の重合体層を有するとき、その重合体層の数は、特に限定されないが、好ましくは2〜5層、より好ましくは2〜4層、さらに好ましくは2〜3層である。
前記エマルション粒子は、形成される塗膜の耐水性および光沢を向上させ、塗膜硬度を高める観点から、少なくとも外層、中間層および内層の3層の多層構造を有することが好ましい。多層構造を有するエマルション粒子は、前記した多段乳化重合法によって容易に調製することができる。例えば、3層構造を有するエマルション粒子は、内層を形成する前段乳化重合、中間層を形成する中段乳化重合および外層を形成する後段乳化重合を行なうことによって容易に調製することができる。これらの乳化重合は、内層を形成する乳化重合、中間層を形成する乳化重合および外層を形成する乳化重合の順序で行なわれる。
なお、多層構造を有するエマルション粒子を調製する際、前記内層を形成する乳化重合を行なう前に1段または複数段の乳化重合を行なってもよく、前記内層を形成する乳化重合と前記中間層を形成する乳化重合との間に1段または複数段の乳化重合を行なってもよい。また、前記中間層を形成する乳化重合と前記外層を形成する乳化重合との間に1段または複数段の乳化重合を行なってもよい。さらに、前記外層を形成する乳化重合の後に1段または複数段の乳化重合を行なってもよい。
多層構造の重合体層を有するエマルション粒子において、その少なくとも1層がシクロヘキシル(メタ)アクリレート、スチレンおよびtert−ブチル(メタ)アクリレートからなる群より選ばれた少なくとも1種の単量体に由来の単量体単位を有する重合体によって形成されていることが、形成される塗膜の塗膜硬度を高める観点から好ましい。前記多層構造の重合体層を有するエマルション粒子を構成する重合体に使用される全単量体成分における前記単量体の含有量は、形成される塗膜の塗膜硬度を高める観点から、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上である。前記単量体は、多層構造の重合体層を構成しているいずれか1つの重合体層または2以上の重合体層に使用される単量体成分に含まれていればよい。
したがって、多層構造の重合体層を有するエマルション粒子において、その少なくとも1層がシクロヘキシル(メタ)アクリレート、スチレンおよびtert−ブチル(メタ)アクリレートからなる群より選ばれた少なくとも1種の単量体を含有する単量体成分を乳化重合させることによって形成されており、エマルション粒子を構成する重合体に使用される全単量体成分における前記単量体の含有量が好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上であることが、形成される塗膜の塗膜硬度を高める観点から好ましい。
多層構造を有するエマルション粒子自体のガラス転移温度を適切に設定するとともに、当該エマルション粒子を構成している外層を構成している重合体のガラス転移温度を低くし、その外層の膜厚や外層を構成する単量体成分の組成を適切に設定した場合には、硬度が低いアクリル重合体エマルション粒子と同等またはそれ以上の低温造膜性を維持しながら、硬度が高く、耐摩耗性に優れたエマルション粒子を調製することができる。
本発明の水性樹脂組成物の低温造膜性、形成される塗膜の塗膜硬度、耐水性および光沢の観点から、少なくとも内層、中間層および外層の3層を有するエマルション粒子において、中間層を構成している重合体のガラス転移温度が外層を構成している重合体のガラス転移温度よりも高いことが好ましく、中間層を構成している重合体のガラス転移温度が外層を構成している重合体のガラス転移温度よりも高く、中間層を構成している重合体が内層を構成している重合体と異なることがより好ましい。この少なくとも内層、中間層および外層の3層を有するエマルション粒子を含有する水性樹脂組成物が用いられた水性塗料は、揮発性有機溶媒(VOC)を含有していなくても、低温造膜性に優れ、塗膜硬度、耐水性および光沢に優れた塗膜を形成するという利点を有する。
前記少なくとも内層、中間層および外層の3層を有するエマルション粒子を含有する水性樹脂組成物が低温造膜性に優れる理由は、中間層を構成している重合体のガラス転移温度が外層を構成している重合体のガラス転移温度よりも高いことから、外層が低温で変形しやすくなることに基づくと考えられる。また、形成される塗膜の塗膜硬度が高くなる理由は、外層を構成している重合体のガラス転移温度よりも中間層を構成している重合体のガラス転移温度のほうが高いので、その内側に存在している層によってエマルション粒子の硬度が維持されることに基づくものと考えられる。
前記「中間層を構成している重合体が内層を構成している重合体と異なる」とは、これらの重合体の原料として使用されている単量体成分の組成が相違しているか、あるいは重合体の構造や分子量が異なることを意味する。前記中間層を構成している重合体が内層を構成している重合体と異なる例としては、その単量体に使用されている単量体の種類が異なること、同一種類の単量体が使用されている場合には、その単量体の使用量が相違すること、重合体の分子量や構造が異なることなどが挙げられる。
また、少なくとも内層、中間層および外層の3層を有するエマルション粒子において、造膜性を向上させ、平滑な塗膜を形成することによって塗膜の光沢を向上させる観点から、中間層を構成している重合体のガラス転移温度は、内層を構成している重合体のガラス転移温度よりも高いことが好ましい。
少なくとも内層、中間層および外層の3層を有するエマルション粒子において、内層よりも内側に1層または複数層が形成されていてもよく、中間層と内層との間に1層または複数層が形成されていてもよく、外層と中間層との間に1層または複数層が形成されていてもよく、あるいは外層よりも外側に1層または複数層が形成されていてもよい。また、各層は、たがいに相溶し、各層の境界部分が明確でなくてもよい。
なお、エマルション粒子を構成している重合体のガラス転移温度は、その重合体の原料として用いられる単量体成分に含まれている単量体からなる単独重合体のガラス転移温度(Tg)(絶対温度:K)と単量体の質量分率から、式(I):
1/Tg=W1/Tg1+W2/Tg2+W3/Tg3+・・・・+Wn/Tgn (I)
〔式中、Tgは、求めようとしている重合体のガラス転移温度(K)、W1、W2、W3・・・・Wnは、それぞれ各単量体の質量分率、Tg1、Tg2、Tg3・・・・Tgnは、それぞれ各単量体の質量分率に対応する単量体からなる単独重合体のガラス転移温度(K)を示す〕
に基づいて求めることができる。なお、重合体のガラス転移温度は、DSC(示差走査熱量測定装置)、DTA(示差熱分析装置)、TMA(熱機械測定装置)によって測定することもできる。
本明細書においては、重合体のガラス転移温度は、式(I)に基づいて求められたガラス転移温度を意味する。例えば、多層構造を有するエマルション粒子を構成している重合体全体のガラス転移温度は、多段乳化重合の際に用いられたすべての単量体成分における各単量体の質量分率とこれに対応する単量体の単独重合体のガラス転移温度から求められたガラス転移温度を意味する。
このエマルション粒子を構成している重合体のガラス転移温度を考慮して、当該エマルション粒子を構成している重合体の原料として用いられる単量体成分の組成を決定することができる。
単独重合体のガラス転移温度は、例えば、メチルメタクリレートの単独重合体では105℃(378K)、2−エチルヘキシルアクリレートの単独重合体では−70℃(203K)、スチレンの単独重合体では100℃(373K)、シクロヘキシルメタクリレートの単独重合体では83℃(356K)、イソボルニルメタクリレートの単独重合体では180℃(453K)、N−ビニルピロリドンの単独重合体では175℃(448K)、アクリル酸の単独重合体では95℃(368K)、メタクリル酸の単独重合体では130℃(403K)、2−ヒドロキシエチルメタクリレートの単独重合体では55℃(328K)、4−メタクリロイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン(HALS)の単独重合体では130℃(403K)、イソボルニルアクリレートの単独重合体では94℃(367K)、tert−ブチルメタクリレートの単独重合体では107℃(380K)、ブチルアクリレートの単独重合体では−56℃(217K)である。
多層構造を有するエマルション粒子の外層は、樹脂エマルションが乾燥してエマルション粒子同士が融着する際に融着層として機能する。多層構造を有するエマルション粒子の外層を構成している重合体のガラス転移温度は、形成される塗膜の塗膜硬度を高め、塗膜の耐汚染性および耐摩耗性を向上させる観点から、好ましくは−50℃以上、より好ましくは−40℃以上であり、低温造膜性を向上させる観点から、好ましくは10℃以下、より好ましくは0℃以下である。
多層構造を有するエマルション粒子の中間層を構成している重合体のガラス転移温度は、形成される塗膜の塗膜硬度を高め、塗膜の耐汚染性および耐摩耗性を向上させる観点から、好ましくは50℃以上、より好ましくは70℃以上、さらに好ましくは85℃以上、特に好ましくは90℃以上であり、低温造膜性を向上させる観点から、好ましくは150℃以下である。
多層構造を有するエマルション粒子の内層を構成している重合体のガラス転移温度は、形成される塗膜の塗膜硬度を高め、塗膜の耐汚染性および耐摩耗性を向上させる観点から、好ましくは−50℃以上、より好ましくは−40℃以上であり、低温造膜性を向上させる観点から、好ましくは0℃以下である。
前記したように、多層構造を有するエマルション粒子の外層を構成している重合体のガラス転移温度、中間層を構成している重合体のガラス転移温度および内層を構成している重合体のガラス転移温度を調整した場合、本発明の水性樹脂組成物の低温造膜性と形成される塗膜の塗膜硬度とを両立させることができる。
また、多層構造を有するエマルション粒子を構成している重合体全体のガラス転移温度は、形成される塗膜の塗膜硬度を高め、塗膜の耐汚染性および耐摩耗性を向上させる観点から、好ましくは−20℃以上であり、低温造膜性を向上させる観点から、好ましくは30℃以下である。
少なくとも内層、中間層および外層の3層を有するエマルション粒子において、内層を構成している重合体の溶解度パラメーターは、中間層を構成している重合体の溶解度パラメーターよりも小さいことが、塗膜の塗膜硬度を向上させる観点から好ましい。この場合、内層を構成している重合体の溶解度パラメーターと中間層を構成している重合体の溶解度パラメーターとの差は、塗膜の塗膜硬度を向上させる観点から、0.1以上であることがより好ましい。
溶解度パラメーターは、ヒルデブラント(Hildebrand)によって導入された正則溶液論によって定義される値であり、2成分系溶液の溶解度の目安にもなっている。一般に、溶解度パラメーターが近い物質同士は互いに混ざりやすい傾向がある。したがって、溶解度パラメーターは、溶質と溶媒との混ざりやすさを判断する目安にもなっている。
なお、重合体の溶解度パラメーターは、「ポリマーエンジニアリングアンドサイエンス(POLYMER ENGINEERING AND SCIENCE)」、1974年、Vol.14、No.2、p.147−154に記載の方法によって求められた値である。以下に、溶解度パラメーターを求める方法について概説する。
単独重合体の溶解度パラメーターは、該単独重合体を形成している構成単位の蒸発エネルギー(Δei)およびモル体積(Δvi)を求め、式(II):
δ=(ΣΔei/ΣΔvi)1/2 (II)
(式中、Δeiは成分iの原子または原子団の蒸発エネルギー、Δviは成分iの原子または原子団のモル体積を示す)
に基づいて求めることができる。
なお、共重合体の溶解度パラメーター(δ)は、その共重合体を構成する各単量体の単独重合体のΔeiとΔviを求め、それらの構成単量体のモル分率を乗じて合算した値を用いて式(II)に基づいて求めることができる。
単独重合体の溶解度パラメーター(以下、SP値という)は、例えば、2−エチルヘキシルアクリレートの単独重合体では9.22、アクリル酸の単独重合体では14.04、ブチルアクリレートの単独重合体では9.77、ブチルメタクリレートの単独重合体では9.45、シクロヘキシルメタクリレートの単独重合体では7.44、エチルアクリレートの単独重合体では10.20、2−ヒドロキシエチルメタクリレートの単独重合体では13.47、メタクリル酸の単独重合体では12.54、メチルメタクリレートの単独重合体では9.93、スチレンの単独重合体では7.31、tert−ブチルメタクリレートの単独重合体では9.07である。
少なくとも外層、中間層および外層を有するエマルション粒子における外層の含有率は、低温造膜性を向上させる観点から、好ましくは40質量%以上、より好ましくは50質量%以上、さらに好ましくは55質量%以上、特に好ましくは60質量%以上であり、形成される塗膜の塗膜硬度を高め、塗膜の耐汚染性および耐摩耗性を向上させる観点から、好ましくは85質量%以下、より好ましくは80質量%以下、さらに好ましくは75質量%以下、特に好ましくは70質量%以下である。
少なくとも外層、中間層および外層を有するエマルション粒子における中間層の含有率は、形成される塗膜の塗膜硬度を高め、塗膜の耐汚染性および耐摩耗性を向上させる観点から、好ましくは10質量%以上、より好ましくは15質量%以上、さらに好ましくは20質量%以上、さらに一層好ましくは25質量%以上、特に好ましくは30質量%以上であり、低温造膜性を向上させる観点から、好ましくは45質量%以下、より好ましくは42質量%以下、さらに好ましくは40質量%以下である。
前記外層、中間層および外層を有するエマルション粒子における内層の含有率は、形成される塗膜の塗膜硬度を高め、塗膜の耐汚染性および耐摩耗性を向上させる観点から、好ましくは1質量%以上、より好ましくは2質量%以上、さらに好ましくは3質量%以上、特に好ましくは5質量%以上であり、低温造膜性を向上させる観点から、好ましくは25質量%以下、より好ましくは12質量%以下、さらに好ましくは10質量%以下である。
なお、本明細書において、エマルション粒子における各層の含有率は、エマルション粒子に用いられる全単量体成分における各層に用いられる単量体の含有率を意味する。
本発明においては、外層を構成している重合体のガラス転移温度が0℃以下であり、少なくとも外層、中間層および外層を有するエマルション粒子における外層の含有率が40〜80質量%であり、エマルション粒子自体のガラス転移温度が−20〜30℃であるエマルション粒子は、その外層が低温造膜性に優れ、形成される塗膜の塗膜硬度が高いことから好ましい。さらに、このエマルション粒子は、形成された塗膜の塗膜硬度が、ガラス転移温度が高い中間層によって高められるという利点がある。この場合、中間層を構成している重合体のガラス転移温度と内層を構成している重合体のガラス転移温度とは同一であってもよいが、中間層を構成している重合体のガラス転移温度は、形成される塗膜の塗膜強度を高める観点から、内層を構成している重合体のガラス転移温度よりも高いことが好ましい。この場合、中間層を構成している重合体のガラス転移温度は、形成される塗膜の塗膜強度を高める観点から、内層を構成している重合体のガラス転移温度よりも10℃以上高いことが好ましく、30℃以上高いことがより好ましく、50℃以上高いことがさらに好ましい。
中間層を構成している重合体のガラス転移温度は、外層を構成している重合体のガラス転移温度および内層を構成している重合体のガラス転移温度よりも高いことが、造膜性を向上させ、平滑な塗膜を形成することによって塗膜の光沢を向上させる観点から好ましい。この場合、造膜性を向上させ、平滑な塗膜を形成することによって塗膜の光沢を向上させる観点から、中間層を構成している重合体のガラス転移温度は、外層を構成している重合体のガラス転移温度および内層を構成している重合体のガラス転移温度よりも10℃以上高いことが好ましく、30℃以上高いことがより好ましく、50℃以上高いことがさらに好ましい。
外層を構成している重合体のガラス転移温度の上限値は、低温造膜性を向上させる観点から、好ましくは−10℃であり、より好ましくは−20℃である。また、エマルション粒子における外層の含有率は、低温造膜性を向上させる観点から、好ましくは50質量%以上である。
多層構造を有するエマルション粒子にガラス転移温度が異なる2種類以上の重合体が存在していることは、そのエマルション粒子の乾燥塗膜の示差走査熱量(DSC)を測定によって確認することができる。また、ガラス転移温度が高い重合体で構成される中間層が存在していることは、フェイズ(Phase)モードにおける原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope:AFM)で確認することができる。フェイズ(Phase)モードでは、硬い層は、相対的に白色のコントラストとして描写される。
エマルション粒子の平均粒子径は、エマルション粒子の分散安定性を向上させる観点から、好ましくは70nm以上、より好ましくは80nm以上、さらに好ましくは100nm以上であり、塗膜の耐水性を向上させる観点から、好ましくは450nm以下、より好ましくは400nm以下、さらに好ましくは350nm以下である。
本明細書において、エマルション粒子の平均粒子径は、樹脂エマルションを蒸留水で希釈し、得られた希釈液約10mLをガラスセルに採取し、これを動的光散法による粒度分布測定器〔パーティクル サイジング システムズ(Particle Sizing Systems)社製、商品名:NICOM P Model 380〕を用い、ウインドウズベースのソフトウェア〔Windows(登録商標) Based Software〕を用いて測定された体積平均粒子径を意味する。
建築外装トップコート用水性樹脂組成物に用いられる樹脂エマルションの最低造膜温度は、有機化合物である増膜助剤の使用量を低減させる観点から、好ましくは10℃以下、より好ましくは5℃以下、さらに好ましくは0℃以下である。
本明細書において、最低造膜温度は、適当な温度勾配を有する平板の上に帯状に樹脂エマルションを塗布したときの造膜した部分と造膜していない部分との境界温度を意味し、「亀裂のない均一な塗膜が形成されるときの最低温度」と定義される。最低造膜温度は、例えば、JIS K6828−2(2003)に準じて測定することができる。より具体的には、本発明では、MFTテスター〔テスター産業(株)製、品番:TP−801 LT〕を用い、ステンレス鋼製の溝なし平板上に塗布時の厚さが250μmである塗膜をアプリケーターで形成させ、亀裂のない均一な塗膜が形成されるときの最低温度(℃)を測定する。塗膜の亀裂の有無は、JIS K6828−2に準じて目視で判定することができる。
また、本発明の水性樹脂組成物を23℃で24時間乾燥することによって形成された塗膜のケーニッヒ(KOENIG)硬度は、塗膜硬度を高める観点から、好ましくは4回以上、より好ましくは9回以上である。
前記ケーニッヒ硬度は、例えば、振り子式硬度計〔エリクセン社(独)製、ケーニッヒ式、品番:299〕を用いて測定したときの値である。より具体的には、アプリケーターで水性樹脂組成物をガラス板上に、塗布時の厚さが250μm(固形分濃度:約40〜60質量%)となるように塗布することによって塗膜を形成し、23℃で24時間放置した後、得られた塗装板を前記振り子式硬度計にセットし、測定開始角度を6°とし、測定終了角度が3°を下回るまでの振り子(タングステンカーバイド製の鋼球)の往復回数を測定し、その測定された往復回数をケーニッヒ硬度(回)とする。塗膜にタックが存在していれば、振り子が塗装板上で停止するため、この往復回数が多いほど、塗膜硬度が高いことを示す。
なお、本明細書では、便宜上、本発明の水性樹脂組成物によって形成される膜および本発明の建築塗料によって形成される膜をいずれも塗膜と称する。
〔建築建材塗料用水性樹脂組成物〕
建築建材塗料用水性樹脂組成物に用いられるエマルション粒子は、多層構造の重合体層を有することが、低温造膜性ならびに形成される塗膜の塗膜硬度および耐水性を向上させる観点から好ましい。
内層を構成する重合体のガラス転移温度は、耐候性、塗膜硬度、耐水性および耐凍害性を向上させる観点から、好ましく80℃以上、より好ましくは85℃以上であり、耐凍害性を向上させる観点から、好ましくは200℃以下、より好ましくは180℃以下である。内層を構成する重合体のガラス転移温度は、内層を形成する単量体成分に使用される単量体の組成を調整することにより、容易に調節することができる。
内層を構成する重合体は、架橋構造を有していてもよい。内層を構成する重合体の重量平均分子量は、内層を構成する重合体が架橋構造を有する場合および架橋構造を有しない場合のいずれの場合であっても、耐候性、耐水性、塗膜硬度および耐凍害性を向上させる観点から、好ましくは10万以上、より好ましくは30万以上、さらに好ましくは55万以上、特に好ましくは60万以上である。内層を構成する重合体の重量平均分子量の上限値は、架橋構造を有する場合、その重量平均分子量を測定することが困難なため、特に限定されないが、架橋構造を有しない場合には、耐水性および耐凍害性を向上させる観点から、500万以下であることが好ましい。
なお、本明細書において、重合体の重量平均分子量は、ゲルパーミエイションクロマトグラフィー〔東ソー(株)製、品番:HLC−8120GPC、カラム:TSKgel G−5000HXLとTSKgel GMHXL−Lとを直列に使用〕を用いて測定された重量平均分子量(ポリスチレン換算)を意味する。
次に、内層を形成させた後、当該内層の表面にガラス転移温度が−10〜40℃である重合体からなる外層を形成させることが好ましい。
外層を形成する単量体成分を乳化重合させる際には、内層を構成する重合体の重合反応率が90%以上、好ましくは95%以上に到達した後に外層を形成する単量体成分を乳化重合させることが、エマルション粒子内で層分離構造を形成させる観点から好ましい。
なお、内層を形成させた後、外層を形成させる前に、本発明の目的が阻害されない範囲内で、必要により、他の重合体からなる層が形成されていてもよい。したがって、本発明の水性樹脂組成物の製造方法においては、内層を形成させた後、外層を形成させる前に、本発明の目的が阻害されない範囲内で、必要により、他の重合体からなる層を形成させる操作が含まれていてもよい。
外層を形成する単量体成分としては、カルボキシル基含有単量体を含有する単量体成分を用いることができる。
カルボキシル基含有単量体としては、内層を形成する単量体成分に用いられるカルボキシル基含有単量体と同様のものを例示することができる。カルボキシル基含有単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。カルボキシル基含有単量体のなかでは、エマルション粒子の分散安定性を向上させる観点から、アクリル酸、メタクリル酸およびイタコン酸が好ましく、アクリル酸およびメタクリル酸がより好ましい。
外層を形成する単量体成分におけるカルボキシル基含有単量体の含有量は、耐凍害性を向上させる観点から、好ましくは1質量%以上であり、耐候性および耐水性を向上させる観点から、好ましくは6質量%以下である。
外層を形成する単量体成分に用いられるカルボキシル基含有単量体と共重合可能な単量体としては、内層を形成する単量体成分に用いられる、芳香族系単量体、アルキル(メタ)アクリレート、水酸基含有(メタ)アクリレート、オキソ基含有単量体、フッ素原子含有単量体、窒素原子含有単量体、エポキシ基含有単量体、アルコキシアルキル(メタ)アクリレート、シラン基含有単量体、カルボニル基含有単量体、アジリジニル基含有単量体などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのカルボキシル基含有単量体と共重合可能な単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
外層を形成する単量体成分におけるカルボキシル基含有単量体と共重合可能な単量体の含有量は、耐候性および耐水性を向上させる観点から、好ましくは94質量%以上であり、耐凍害性を向上させる観点から、好ましくは99質量%以下である。
外層を形成する単量体成分を乳化重合させる方法および重合条件は、内層を形成する単量体成分を乳化重合させる方法および重合条件と同様であればよい。
外層を構成する重合体は、架橋構造を有していてもよい。外層を構成する重合体の重量平均分子量は、外層を構成する重合体が架橋構造を有する場合および架橋構造を有しない場合のいずれの場合であっても、耐候性、耐水性、塗膜硬度および耐凍害性を向上させる観点から、好ましくは10万以上、より好ましくは30万以上、さらに好ましくは55万以上、特に好ましくは60万以上である。外層を構成する重合体の重量平均分子量の上限値は、架橋構造を有する場合、その重量平均分子量を測定することが困難なため、特に限定されないが、架橋構造を有しない場合には、耐凍害性および耐水性を向上させる観点から、500万以下であることが好ましい。
外層を構成する重合体のガラス転移温度は、耐凍害性を向上させる観点から、好ましくは40℃以下、より好ましくは35℃以下、さらに好ましくは30℃以下である。なお、外層を構成する重合体のガラス転移温度は、耐候性および塗膜硬度を向上させる観点から、好ましくは−10℃以上、より好ましくは0℃以上、さらに好ましくは10℃以上である。外層を構成する重合体のガラス転移温度は、外層を形成する単量体成分に使用される単量体の組成を調整することにより、容易に調節することができる。
内層を構成している重合体のガラス転移温度と外層を構成している重合体のガラス転移温度との差は、形成される塗膜の塗膜硬度を向上させる観点から、好ましくは50℃以上、より好ましくは60℃以上であり、塗膜の耐凍害性を向上させる観点から、好ましくは200℃以下、より好ましくは130℃以下である。
エマルション粒子全体のガラス転移温度は、耐候性および耐水性を向上させる観点から、好ましくは0℃以上、より好ましくは10℃以上、さらに好ましくは20℃以上であり、耐凍害性を向上させる観点から、好ましくは65℃以下、より好ましくは60℃以下、さらに好ましくは55℃以下である。
外層を構成する重合体のSP値は、内層を構成する重合体のSP値よりも高いことが、エマルション粒子内で層分離構造を形成させる観点から好ましい。また、内層を構成する重合体のSP値と外層を構成する重合体のSP値の差は、エマルション粒子内で層分離構造を形成させる観点から、大きいことが好ましい。
また、カルボキシル基含有単量体はSP値が高いところ、外層を構成する重合体に用いられる単量体成分おけるカルボキシル基含有単量体の含有率が、内層を構成する重合体に用いられる単量体成分おけるカルボキシル基含有単量体の含有率よりも高いことが内層と外層とを明確に分離させる観点から好ましい。
内層を構成する重合体と外層を構成する重合体との質量比〔内層を構成する重合体/外層を構成する重合体〕は、耐候性および塗膜硬度を向上させる観点から、好ましくは25/75以上、より好ましくは35/65以上であり、耐水性および耐凍害性を向上させる観点から、好ましくは75/25以下、より好ましくは65/35以下である。
エマルション粒子における内層を構成している重合体と外層を構成している重合体との合計含有率は、耐候性、耐凍害性および耐水性を向上させる観点から、50質量%以上、好ましくは65質量%以上であり、エマルション粒子における内層を構成する重合体と外層を構成する重合体との合計含有量が多いほど好ましく、その上限値は100質量%である。
本発明の建築建材塗料用水性樹脂組成物は、前記のようにして調製されたエマルション粒子を含む樹脂エマルションを含有するものである。
本発明の建築建材塗料用水性樹脂組成物に用いられる樹脂エマルションの最低造膜温度は、耐候性および耐凍害性を向上させる観点から、好ましくは−5℃以上、より好ましくは5℃以上、さらに好ましくは20℃以上であり、耐凍害性を向上させる観点から、好ましくは70℃以下、より好ましくは65℃以下、さらに好ましくは60℃以下である。
外層を構成する重合体に用いられる単量体成分におけるカルボキシル基含有単量体の含有率は、エマルション粒子内で層分離構造を形成させる観点から、内層を構成する重合体に用いられる単量体成分におけるカルボキシル基含有単量体の含有率よりも高いことが好ましい。外層を構成する重合体に用いられる単量体成分におけるカルボキシル基含有単量体の含有率と内層を構成する重合体に用いられる単量体成分におけるカルボキシル基含有単量体の含有率との差は、内層と外層とが明確に分離されているという理想的な構造を有するエマルション粒子を得る観点から、好ましくは0.5ポイント以上、より好ましくは1ポイント以上である。
以上のことから、内層および外層を有するエマルション粒子を製造する際に、内層を構成している重合体のガラス転移温度と外層を構成している重合体のガラス転移温度との差が50℃以上となるように調整し、外層を構成する重合体に用いられる単量体成分におけるカルボキシル基含有単量体の含有率が、内層を構成する重合体に用いられる単量体成分におけるカルボキシル基含有単量体の含有率よりも高くなるように調整し、ガラス転移温度が80〜200℃である内層を形成した後、ガラス転移温度が−10〜40℃である外層を形成することによってエマルション粒子を製造することが、塗膜の光沢および耐汚染性に優れ、さらに良好な耐水性、塗膜硬度および耐候性を有する塗膜を形成する建築塗料用水性樹脂組成物を製造するうえで好ましい。
エマルション粒子の平均粒子径は、樹脂エマルションの貯蔵安定性を向上させる観点から、好ましくは30nm以上、より好ましくは50nm以上、さらに好ましくは70nm以上であり、耐候性および耐凍害性を向上させる観点から、好ましくは250nm以下、より好ましくは200nm以下である。
本発明の建築建材塗料用水性樹脂組成物には、さらに架橋剤を含有させることにより、架橋性を付与することができる。架橋剤としては、常温で架橋反応を開始するものであってもよく、熱により架橋反応を開始するものであってもよい。本発明の水性樹脂組成物に架橋剤を含有させることにより、耐水性および塗膜硬度を向上させることができる。
好適な架橋剤としては、例えば、オキサゾリン基含有化合物、イソシアネート基含有化合物、アミノプラスト樹脂などが挙げられる。これらの架橋剤は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。これらの架橋剤のなかでは、耐水性および塗膜硬度を向上させる観点から、オキサゾリン基含有化合物が好ましい。
本発明の建築塗料用水性樹脂組成物は、前記したように、(A)エマルション粒子10g、水溶性ポリマー0.5gおよび水90gを混合することによって得られる水性組成物を回転速度40000min-1で25℃の温度にて4時間遠心分離し、当該遠心分離によって分離された水層に存在している水溶性ポリマーの量が水溶性ポリマー全量のうちの85質量%以上であることを満足する水溶性ポリマー、および(B)エマルション粒子を含有し、水溶性ポリマーの重量平均分子量が500〜80000であり、エマルション粒子100質量部あたりの水溶性ポリマーの量が0.3〜12質量部であることを特徴とする。
本発明の建築塗料用水性樹脂組成物は、前記エマルション粒子および特定の水溶性ポリマーを含有するので、光沢および耐汚染性に優れ、さらに良好な耐水性、塗膜硬度および耐候性を有する塗膜を形成する建築塗料を得ることができる。
エマルション粒子10g、水溶性ポリマー0.5gおよび水90gを混合することによって得られる水性組成物において、エマルション粒子の量を10gとしたのは、前記水性組成物の十分な遠心分離を可能とするためであり、水溶性ポリマーの量を0.5gとしたのは、前記水性組成物の粘度を低くし、遠心分離に要する時間を短縮するためである。また、前記遠心分離操作において、回転速度を40000min-1とし、遠心分離時間を4時間として25℃の温度で測定したのは、エマルション粒子を十分に遠心分離するためである。
エマルション粒子同士の凝集を抑制することにより、平滑な塗膜を形成し、形成された塗膜に光沢を付与する観点から、エマルション粒子10g、水溶性ポリマー0.5gおよび水90gを混合することによって得られる水性組成物を回転速度40000min-1で25℃の温度にて4時間遠心分離し、当該遠心分離によって分離された水層に存在している水溶性ポリマーの量は、水溶性ポリマー全量のうちの85質量%以上、好ましくは90質量%以上、さらに好ましくは95質量%以上であり、特に好ましくは水溶性ポリマー全量である。
好適な水溶性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン、界面活性剤などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの水溶性ポリマーは、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。これらの水溶性ポリマーのなかでは、形成される塗膜の塗膜硬度を高める観点から、ポリビニルピロリドンが好ましい。
ポリエチレングリコールは、エチレングリコールが重合した構造を有するポリエーテル系高分子化合物である。ポリエチレングリコールの分子末端は、水溶性を有するのであれば、水素原子であってもよく、片末端または両末端が、例えば、メチル基、エチル基、ブチル基などの炭素数1〜4の低級アルキル基で置換されたものであってもよい。
水溶性ポリマーの重量平均分子量は、形成される塗膜の耐水性を向上させる観点から、500以上、好ましくは1000以上、より好ましくは3000以上であり、本発明の水性樹脂組成物の粘度および形成される塗膜の光沢を向上させる観点から、80000以下、好ましくは50000以下、より好ましくは30000以下である。
なお、本明細書において、水溶性ポリマーの重量平均分子量は、東ソー(株)製、高速GPCシステム「HLC−8320GPC EcoSEC」を用い、以下のゲルパーミエイションクロマトグラフィー(以下、GPCという)の測定条件でGPC分析を行なうことにより、ポリエチレングリコール換算で求められる。
〔GPCの測定条件〕
・カラム:昭和電工(株)製、商品名:「Shodex SB−G」、「Shodex SB−806」、「Shodex SB−804」、「Shodex SB−803」、「Shodex SB−802.5」
・溶離液:0.1M硝酸ナトリウムの水−アセトニトリル溶液〔精製水とアセトニトリルとの容量比(精製水/アセトニトリル):9/1〕
・溶離液の流量:0.8mL/min
・注入量:100μL
・カラムオーブン:40℃
・検出器:示差屈折計(RI)
・サンプル濃度:0.5質量%
界面活性剤としては、アニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤などが挙げられ、これらの界面活性剤は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。これらの界面活性剤のなかでは、エマルション粒子に吸着しがたく、形成される塗膜の光沢を向上させる観点から、アニオン性界面活性剤が好ましい。
アニオン性界面活性剤としては、例えば、アンモニウムドデシルサルフェート、ナトリウムドデシルサルフェートなどのアルキルサルフェート塩;アンモニウムドデシルスルホネート、ナトリウムドデシルスルホネート、ナトリウムアルキルジフェニルエーテルジスルホネートなどのアルキルスルホネート塩;アンモニウムドデシルベンゼンスルホネート、ナトリウムドデシルナフタレンスルホネートなどのアルキルアリールスルホネート塩;ポリオキシエチレンアルキルスルホネート塩;ポリオキシエチレンアルキルサルフェート塩;ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルサルフェートアンモニウム塩などのポリオキシエチレンアルキルアリールエーテルサルフェート塩;ジアルキルスルホコハク酸塩;アリールスルホン酸−ホルマリン縮合物;アンモニウムラウリレート、ナトリウムステアリレートなどの脂肪酸塩;ビス(ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル)メタクリレートスルホネート塩、プロペニル−アルキルスルホコハク酸エステル塩、(メタ)アクリル酸ポリオキシエチレンスルホネート塩、(メタ)アクリル酸ポリオキシエチレンホスフォネート塩、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のスルホネート塩などのアリル基を有する硫酸エステルまたはその塩;アリルオキシメチルアルコキシエチルポリオキシエチレンの硫酸エステル塩、ポリオキシアルキレンアルケニルエーテル硫酸アンモニウム塩などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
ノニオン性界面活性剤としては、例えば、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アルキルアリールエーテル、ポリエチレングリコールとポリプロピレングリコールとの縮合物、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、脂肪酸モノグリセライド、エチレンオキサイドと脂肪族アミンとの縮合体、アリルオキシメチルアルコキシエチルヒドロキシポリオキシエチレン、ポリオキシアルキレンアルケニルエーテルなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
カチオン性界面活性剤としては、例えば、ドデシルアンモニウムクロライドなどのアルキルアンモニウム塩などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
両性界面活性剤としては、例えば、ベタインエステル型乳化剤などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
水溶性ポリマーのなかでは、耐水性および光沢に優れ、硬度が高い塗膜を形成する観点から、ポリビニルピロリドンが好ましい。
エマルション粒子100質量部あたりの水溶性ポリマーの量は、形成される塗膜に光沢を付与する観点から、0.3質量部以上、好ましくは1質量部以上、より好ましくは2質量部以上であり、形成される塗膜の耐水性を向上させ、塗膜硬度を高める観点から、12質量部以下、好ましくは10質量部以下、より好ましくは8質量部以下である。
本発明の建築塗料用水性樹脂組成物は、エマルション粒子および水溶性ポリマーを含有し、全量が100質量%となるように本発明の建築塗料用水性樹脂組成物における含水量を調整することができる。
本発明の建築塗料用水性樹脂組成物における不揮発分量は、生産性を向上させる観点から、好ましくは30質量%以上、より好ましくは40質量%以上であり、取り扱い性を向上させる観点から、好ましくは70質量%以下、より好ましくは60質量%以下である。
なお、本明細書において、水性樹脂組成物における不揮発分量は、水性樹脂組成物1gを秤量し、熱風乾燥機で110℃の温度で1時間乾燥させ、得られた残渣を不揮発分とし、式:
〔水性樹脂組成物における不揮発分量(質量%)〕
=(〔残渣の質量〕÷〔水性樹脂組成物1g〕)×100
に基づいて求められた値を意味する。
本発明の建築塗料用水性樹脂組成物は、例えば、前記水溶性ポリマーを含有する樹脂エマルションおよび水溶性ポリマーを混合し、必要により、水を添加することによって容易に調製することができる。
なお、本発明の水性樹脂組成物には、本発明の目的が阻害されない範囲内で、前記樹脂エマルション以外の他の樹脂エマルションが含まれていてもよいが、その場合、水性樹脂組成物に含まれているエマルション粒子全体の平均粒子径が前記範囲内となるように調整すればよい。
また、本発明の水性樹脂組成物には、本発明の目的が阻害されない範囲内で、例えば、紫外線吸収剤、紫外線防止剤、充填剤、レベリング剤、分散剤、増粘剤、湿潤剤、可塑剤、安定剤、染料、酸化防止剤などの添加剤が適量で含まれていてもよい。
以上のようにして得られる本発明の建築塗料用水性樹脂組成物は、従来の水性樹脂組成物よりも塗膜の光沢および耐汚染性に優れ、さらに良好な耐水性、塗膜硬度および耐候性を有する塗膜を形成することから、例えば、建築外装トップコート用塗料、建築建材用塗料などに好適に使用することができる。
本発明の建築塗料は、前記建築塗料用水性樹脂組成物を含有するものである。本発明の建築塗料は、従来の水性樹脂組成物よりも塗膜の光沢および耐汚染性に優れ、さらに良好な耐水性、塗膜硬度および耐候性を有する塗膜を形成する建築塗料用水性樹脂組成物が用いられているので、建築外装トップコート用塗料、建築建材用塗料などとして好適に使用することができる。
本発明の建築塗料は、前記建築塗料用水性樹脂組成物のみで構成されていてもよく、顔料を含有していてもよい。顔料としては、有機顔料および無機顔料が挙げられ、これらは、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
有機顔料としては、例えば、ベンジジン、ハンザイエローなどのアゾ顔料、アゾメチン顔料、メチン顔料、アントラキノン顔料、フタロシアニンブルーなどのフタロシアニン顔料、ペリノン顔料、ペリレン顔料、ジケトピロロピロール顔料、チオインジゴ顔料、イミノイソインドリン顔料、イミノイソインドリノン顔料、キナクリドンレッドやキナクリドンバイオレットなどのキナクリドン顔料、フラバントロン顔料、インダントロン顔料、アントラピリミジン顔料、カルバゾール顔料、モノアリーライドイエロー、ジアリーライドイエロー、ベンゾイミダゾロンイエロー、トリルオレンジ、ナフトールオレンジ、キノフタロン顔料などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの有機顔料は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
無機顔料としては、例えば、二酸化チタン、三酸化アンチモン、亜鉛華、リトポン、鉛白、赤色酸化鉄、黒色酸化鉄、酸化鉄、酸化クロムグリーン、カーボンブラック、黄鉛、モリブデン赤、フェロシアン化第二鉄(プルシアンブルー)、ウルトラマリン、クロム酸鉛などをはじめ、雲母(マイカ)、クレー、アルミニウム粉末、タルク、ケイ酸アルミニウムなどの扁平形状を有する顔料、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、硫酸バリウム、炭酸マグネシウムなどの体質顔料などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの無機顔料は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
顔料の量は、建築塗料に用いられる樹脂エマルションの不揮発分100質量部あたり、塗膜硬度を高める観点から、好ましくは20質量部以上、より好ましくは40質量部以上、さらに好ましくは60質量部以上であり、造膜性を向上させる観点から、好ましくは200質量部以下である。
本発明の建築塗料には、必要により、添加剤が含まれていてもよい。添加剤としては、例えば、骨材、充填剤、レベリング剤、分散剤、増粘剤、湿潤剤、可塑剤、安定剤、染料、酸化防止剤、紫外線吸収剤、紫外線安定剤などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
骨材は、透明骨材であってもよく、あるいは着色骨材であってもよい。透明骨材としては、例えば、長石粉、硅砂、硅石粉、寒水砂、ガラスビーズ、樹脂ビーズなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。着色骨材としては、例えば、大理石粉、御影石粉、蛇紋岩、蛍石粉、着色硅砂粉、有色陶磁器粉などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。骨材は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
本発明の建築塗料は、例えば、前記建築塗料用水性樹脂組成物、必要により、顔料、添加剤、水などを混合することによって容易に調製することができる。
なお、本発明の建築塗料における揮発性有機化合物の含有率は、環境に対する負荷を軽減する観点から、1質量%以下であることが好ましい。
本発明の建築塗料を適用することができる材料の代表例としては、無機質建材が挙げられる。無機質建材としては、例えば、窯業系基材、金属系基材などが挙げられる。窯業系基材は、例えば、瓦、外壁材などの用途に使用される。窯業系基材は、無機質硬化体の原料となる水硬性膠着材に無機充填剤、繊維質材料などを添加し、得られた混合物を成形し、得られた成形体を養生し、硬化させることによって得られる。無機質建材としては、例えば、フレキシブルボード、ケイ酸カルシウム板、石膏スラグパーライト板、木片セメント板、プレキャストコンクリート板、ALC板、石膏ボードなどが挙げられる。
本発明の建築塗料は、それ単独で1層で塗工してもよく、2層以上に重ね塗りすることによって塗工してもよい。2層以上に重ね塗りすることによって塗工する場合、その一部の層のみが本発明の建築塗料によって形成されてもよく、全部の層が本発明の建築塗料で形成されてもよい。重ね塗りは、例えば、プライマー処理やシーラー処理などを施した被塗物に、第1層(例えば、下塗り層)用塗料を塗布して乾燥させた後、第2層(例えば、上塗り層)用塗料を上塗りし、乾燥させる方法などが挙げられるが、本発明は、かかる方法によって限定されるものではない。塗料を塗布する際には、例えば、スプレー、ローラー、ハケ、コテなどを用いることができる。
以上説明したように、近年、環境問題が重視されており、シックハウス症候群対策としての建築物内装用塗料はもとより、外装用塗料においても揮発性有機化合物(VOC)を含まない(VOCフリー)塗料が求められているが、本発明の建築塗料を用いることにより、揮発性有機化合物(VOC)をほとんど含まず、従来の水性樹脂組成物よりも塗膜の光沢および耐汚染性に優れ、さらに良好な耐水性、塗膜硬度および耐候性を有する塗膜を形成させることができる。
次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例のみに限定されるものではない。なお、以下において、特に断りのない限り、「部」は「質量部」を意味し、「%」は「質量%」を意味する。
製造例1
滴下ロート、攪拌機、窒素導入管、温度計および還流冷却管を備えたフラスコ内に、脱イオン水460部および乳化剤としてアニオン性反応性界面活性剤〔ポリオキシアルキルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩、第一工業製薬(株)製、商品名:アクアロン(登録商標)KH−10〕の25%水溶液8部を仕込み、緩やかに窒素ガスを吹き込みながら攪拌下で78℃まで昇温した。
昇温後、乳化剤としてアニオン性反応性界面活性剤〔ポリオキシアルキルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩、第一工業製薬(株)製、商品名:アクアロン(登録商標)KH−10〕の8%水溶液と表1に示す1段目のモノマー成分とをモノマー成分の濃度が67%となるように混合することによって調製したプレエマルション15部(単量体成分量:10部)を前記フラスコ内に一度に投入した。
フラスコの内温が75℃で安定した後、3%過硫酸カリウム水溶液100部をフラスコ内に添加することにより、乳化重合を開始した。このとき、反応系内の温度を80℃まで昇温し、同温度で20分間維持することにより、1段目の重合反応を行なった。
1段目の重合反応の終了後、反応系内の温度を80℃に維持した状態で、乳化剤としてアニオン性反応性界面活性剤〔ポリオキシアルキルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩、第一工業製薬(株)製、商品名:アクアロン(登録商標)KH−10〕の8%水溶液と表1に示す2段目のモノマー成分とをモノマー成分の濃度が67%となるように混合することによって調製したプレエマルション600部(モノマー成分量:400部)を60分間かけて均一に滴下した後、80℃で60分間熟成することにより、2段目の重合反応を行なった。
2段目重合反応の終了後、反応系内の温度を80℃に維持した状態で、乳化剤としてアニオン性反応性界面活性剤〔ポリオキシアルキルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩、第一工業製薬(株)製、商品名:アクアロン(登録商標)KH−10〕の8%水溶液と表1に示す3段目モノマー成分とをモノマー成分の濃度が67%となるように混合することによって調製したプレエマルション881部(モノマーとして590部)を120分間かけて均一に滴下した後、80℃で120分間熟成することにより、3段目の重合反応を行なった。
このフラスコを室温まで冷却し、フラスコ内の内容物のpHが8.5となるように25%アンモニア水を添加し、さらに固形分濃度が50%となるように脱イオン水を添加した後、目開きが100メッシュ(JISメッシュ)の金網で濾過し、樹脂エマルションを得た。得られた樹脂エマルションの最低造膜温度は、5℃であった。また、樹脂エマルションに含まれているエマルション粒子の平均粒子径は150nmであり、樹脂エマルションにおける不揮発分量は50%であり、エマルション粒子全体のガラス転移温度は15.8℃であった。
製造例2
製造例1において、1段目に用いられる単量体成分の組成を表1に示すように変更し、プレエマルションの量を75部(単量体成分量:50部)とし、2段目の乳化剤をアニオン性反応性界面活性剤〔花王(株)製、商品名:ラテムル(登録商標)PD−104〕に変更すし、プレエマルションの量を522部(単量体成分量:350部)に変更し、3段目のプレエマルションの量を900部(単量体成分量:600部)に変更し、表1に示す水溶性ポリマーを使用したこと以外は、製造例1と同様にして樹脂エマルションを調製した。得られた樹脂エマルションの最低造膜温度は、0℃未満であった。また、樹脂エマルションに含まれているエマルション粒子の平均粒子径は150nmであり、樹脂エマルションにおける不揮発分量は50%であり、エマルション粒子全体のガラス転移温度は0.6℃であった。
製造例3
製造例1において、1段目に用いられる単量体成分の組成を表1に示すように変更し、プレエマルションの量を150部(単量体成分量:100部)とし、2段目に用いられる単量体成分の組成を表1に示すように変更し、プレエマルションの量を373部(単量体成分量:250部)と変更し、3段目に用いられる単量体成分の組成を表1に示すように変更し、プレエマルションの量を970部(単量体成分量:650部)に変更し、表1に示す水溶性ポリマーを使用したこと以外は、製造例1と同様にして樹脂エマルションを調製した。得られたエマルション粒子は、樹脂エマルションを調製する際に使用した1段目と2段目における単量体成分の組成が同一であるので、2層を有していた。得られた樹脂エマルションの最低造膜温度は、0℃未満であった。また、樹脂エマルションに含まれているエマルション粒子の平均粒子径は150nmであり、樹脂エマルションにおける不揮発分量は50%であり、エマルション粒子全体のガラス転移温度は−3.6℃であった。
製造例4
製造例1において、1段目に用いられる単量体成分の組成を表1に示すように変更し、プレエマルションの量を150部(単量体成分量:100部)とし、2段目に用いられる単量体成分の組成を表1に示すように変更し、プレエマルションの量を373部(単量体成分量:250部)に変更し、3段目に用いられる単量体成分の組成を表1に示すように変更し、3段目のプレエマルションの量を970部(単量体成分量:650部)に変更し、表1に示す水溶性ポリマーを使用したこと以外は、製造例1と同様にして樹脂エマルションを調製した。得られたエマルション粒子は、樹脂エマルションを調製する際にで使用した1段目と2段目と3段目における単量体成分の組成が同一であるので、1層を有していた。得られた樹脂エマルションの最低造膜温度は、0℃未満であった。また、樹脂エマルションに含まれているエマルション粒子の平均粒子径は150nmであり、樹脂エマルションにおける不揮発分量は50%であり、エマルション粒子全体のガラス転移温度は−24.4℃であった。
表1に示す各略号は、以下のことを意味する。
2EHA:2−エチルヘキシルアクリレート
CHMA:シクロヘキシルメタクリレート
St:スチレン
MMA:メチルメタクリレート
t−BMA:tert−ブチルメタクリレート
AA:アクリル酸
Tg:重合体のガラス転移温度
BA:ブチルアクリレート
HEMA:2−ヒドロキシエチルメタクリレート
HALS:4−メタクリロイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン〔旭電化工業(株)製、商品名:アデカスタブ(登録商標)LA−87〕
調製例
脱イオン水265.5部、塗料用添加剤A〔ビックケミー・ジャパン(株)製、商品名:BYK(登録商標)−154〕10部、塗料用添加剤B〔ビックケミー・ジャパン(株)製、商品名:BYK(登録商標)−187〕10部、塗料用添加剤C〔ビックケミー・ジャパン(株)製、商品名:BYK(登録商標)−024〕1.3部および酸化チタン〔石原産業(株)製、商品名:タイベークCR−95〕1000部を混合することにより、ペーストを得た。
実施例1〜11
製造例1〜4のうちのいずれかで得られた樹脂エマルションに含まれているエマルション粒子100部あたりの量が表2に示す量となるように水溶性ポリマーの有効成分量を調節して樹脂エマルションに表2に示す水溶性ポリマーを添加することにより、水性樹脂組成物を得た。
なお、各表に記載の水溶性ポリマーの各略号は、以下のことを意味する。
PEG1:両末端が水素原子である重量平均分子量が1000のポリエチレングリコール
PEG2:両末端が水素原子である重量平均分子量が6000のポリエチレングリコール
PEG3:両末端が水素原子で重量平均分子量が20000のポリエチレングリコール
PEG4:一方の末端が水素原子であり、他方の末端がメチル基である重量平均分子量が6000のポリエチレングリコール
PEG5:両末端がエチル基である重量平均分子量が6000のポリエチレングリコール
PEG6:一方の末端が水素原子であり、他方の末端がブチル基である重量平均分子量が6000のポリエチレングリコール
PEG7:両末端が水素原子で重量平均分子量が62のエチレングリコール
PEG8:両末端が水素原子で重量平均分子量が100000のポリエチレングリコール
PVP1:重量平均分子量が20000のポリビニルピロリドン
PVP2:重量平均分子量が160000のポリビニルピロリドン
PVP3:重量平均分子量が800000のポリビニルピロリドン
PVP4:重量平均分子量が6000のポリビニルピロリドン
SUR1:ポリオキシエチレンアルキルエーテル〔花王(株)製、商品名:エマルゲン1118S−70〕
SUR2:ポリオキシエチレンアルキルエーテル〔花王(株)製、商品名:エマルゲン1135S−70〕
SUR3:ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルサルフェートアンモニウム塩〔第一工業製薬(株)製、商品名:ハイテノールN−08〕
次に、前記調製例で得られたペースト86.2部、各実施例または各比較例で得られた水性樹脂組成物200部、造膜助剤〔チッソ(株)製、商品名:CS−12〕4部、25%アンモニア水0.5部および塗料用添加剤C〔ビックケミー・ジャパン(株)製、商品名:BYK−024〕0.5部を混合し、得られた混合物の25℃における粘度をストーマー型粘度計で測定し、増粘剤〔ロームアンドハース社製、商品名:TT―935〕を用いてその粘度が80KUとなるように調整することにより、トップコート用水性塗料を得た。
実施例12
実施例10において、トップコート用水性塗料を調製する際に、造膜助剤〔チッソ(株)製、商品名:CS−12〕を使用しなかったこと以外は、実施例10と同様にしてトップコート用水性塗料を得た。
実施例13〜20および比較例1〜9
実施例1において、樹脂エマルションとして表2に記載のものを用い、水溶性ポリマーとして表2に記載のものを表2に記載の量で用いたこと以外は、実施例1と同様にしてトップコート用水性塗料を得た。
比較例10
特開2004−83644号公報の段落[0065]に記載の「水溶性樹脂の製造」と同様にして、水溶性樹脂を調製した。
次に、実施例13で用いた水溶性ポリマーの代わりに、前記で得られた水溶性樹脂を実施例13と同じ樹脂固形分量で用いたこと以外は、実施例13と同様にしてトップコート用水性塗料を得た。
各実施例および各比較例において、エマルション粒子10g、水溶性ポリマー0.5gおよび水90gを混合することによって得られる水性組成物を回転速度40000min-1で25℃の温度にて4時間遠心分離し、当該遠心分離によって分離された水層に存在する水溶性ポリマーの量を測定し、使用した全水溶性ポリマーに対する水層に存在する水溶性ポリマーの割合〔(水層に存在する水溶性ポリマーの質量)÷(使用した全水溶性ポリマーの質量)×100〕を求め、以下の評価基準に基づいて評価した。その結果を表2の水溶性ポリマーの欄の「含有率」に示す。
(評価基準)
○:全水溶性ポリマーに対する水層に存在する水溶性ポリマーの割合が95質量%以上
△:全水溶性ポリマーに対する水層に存在する水溶性ポリマーの割合が85質量%以上、95質量%未満
×:全水溶性ポリマーに対する水層に存在する水溶性ポリマーの割合が85質量%未満
次に、各実施例および各比較例で得られたトップコート用水性塗料の物性として、形成された塗膜の光沢、耐水性、塗膜硬度、耐汚染性および耐候性を以下の方法に基づいて測定した。その結果を表2に示す。
〔光沢〕
ガラス板に6milのアプリケーターを用いて、各実施例または各比較例で得られたトップコート用水性塗料を塗布し、23±1℃の温度で50±10%の相対湿度の雰囲気中で1日間乾燥させた後、光沢計〔日本電色工業(株)製、品番:VG2000〕にて60°鏡面光沢値を測定し、以下の評価基準に基づいて評価した。
(評価基準)
◎:鏡面光沢値が80以上
○:鏡面光沢値が78以上80未満
△:鏡面光沢値75以上78未満
×:鏡面光沢値75未満
〔耐水性〕
スレート板〔(株)ノザワ製、商品名:ノザワフレキシブルシート、JIS A5403規格品〕に、シーラー〔日本ペイント(株)製、商品名:DAN透明シーラー〕を130g/mの量で刷毛にて塗布し、1日間室温で乾燥させたシーラー板に、6milのアプリケーターを用いて、各実施例または各比較例で得られたトップコート用水性塗料を塗布し、室温で1日間乾燥させた後、水温が23℃の水中に浸漬し、7日間経過後に塗膜を観察し、以下の評価基準に基づいて評価した。
(評価基準)
○:塗膜に異常なし
△:塗膜の5%未満の範囲内にフクレ・剥がれが見られる
×:塗膜の5%以上の範囲内でフクレ・剥がれが見られる
〔塗膜硬度〕
ガラス板に6milのアプリケーターを用いて、各実施例または各比較例で得られたトップコート用水性塗料を塗布し、23±1℃の温度で50±10%の相対湿度の雰囲気中で1日間乾燥させた後、ケーニッヒ硬度計〔エリクセン社(独)製、ケーニッヒ式、品番:299〕を用い、温度23±1℃、相対湿度50±10%の恒温室内で風が直接あたらない位置に硬度計を配設し、測定開始角度を6°とし、測定終了角度が3°を下回るまでの振り子(タングステンカーバイド製の鋼球)の往復回数を測定し、その測定した回数を硬度の指標とした。この測定した回数が多いほど、塗膜は硬度に優れている。その測定結果に基づいて、以下の評価基準にて硬度を評価した。
(評価基準)
◎:往復回数が15回以上
○:往復回数が5〜14回
×:往復回数が4回以下
〔耐汚染性〕
スレート板〔(株)ノザワ製、商品名:ノザワフレキシブルシート、JIS A−5403規格品〕に、シーラー〔日本ペイント(株)製、商品名:DAN透明シーラー〕を130g/mの量で刷毛にて塗布し、1日間室温で乾燥させたシーラー板に、6milのアプリケーターを用いて、各実施例または各比較例で得られたトップコート用水性塗料を塗布し、室温で7日間乾燥させた後、屋外で立面にて暴露試験を行ない、雨筋による汚染を目視によって観察し、以下の評価基準にて耐汚染性を評価した。
(評価基準)
◎:雨筋が認められるまでの期間が2カ月以上
○:雨筋が認められるまでの期間が1カ月以上2カ月未満
×:雨筋が認められるまでの期間が1カ月未満
〔耐候性〕
スレート板〔(株)ノザワ製、商品名:ノザワフレキシブルシート、JIS A5403規格品〕に、シーラー〔日本ペイント(株)製、商品名:DAN透明シーラー〕を130g/mの量で刷毛にて塗布し、1日間室温で乾燥させたシーラー板に、6milのアプリケーターを用いて、各実施例または各比較例で得られたトップコート用水性塗料を塗布し、室温で7日間乾燥させた後、JIS A6909に準じた試験条件でスーパーキセノンウェザーメーター〔スガ試験機(株)製、品番:SX2−75〕にて光沢保持率(GR)が80%未満となるのに要した時間を測定し、以下の評価基準にて耐候性を評価した。
(評価基準)
◎:光沢保持率が80%未満となるのに要した時間が2500時間以上
○:光沢保持率が80%未満となるのに要した時間が2000時間以上2500時間未満
△:光沢保持率が80%未満となるのに要した時間が1500時間以上2000時間未満
×:光沢保持率が80%未満となるのに要した時間が1500時間未満
なお、表2において、エマルションの種類の欄に記載の製造例番号は、その製造例で得られた樹脂エマルションを使用したことを意味する。水溶性ポリマーの量は、エマルション粒子100部あたりの量(部)を示す。また、各評価において、△以上の評価が合格基準となる。
表2に示された結果から、従来の比較例10で得られた水性塗料と対比して、各実施例で得られた水性塗料は、塗膜の光沢および耐汚染性に優れ、さらに良好な耐水性、塗膜硬度および耐候性を有する塗膜を形成することがわかる。したがって、各実施例で得られた水性塗料は、建築外装トップコート用塗料として好適に用いることができることがわかる。
製造例5
滴下ロート、攪拌機、窒素導入管、温度計および還流冷却管を備えたフラスコ内に、脱イオン水810部を仕込んだ。滴下ロートに、脱イオン水145部、乳化剤としてアニオン性界面活性剤〔ポリオキシエチレンアルキルフェニルエ−テル硫酸エステル塩、第一工業製薬(株)製、商品名:アクアロン(登録商標)HS−10〕の25%水溶液60部、2−エチルヘキシルアクリレート90部、メチルメタクリレート400部およびアクリル酸10部からなる滴下用プレエマルションを調製し、そのうち全単量体成分の総量の5%にあたる71部を前記フラスコ内に添加し、ゆるやかに窒素ガスを吹き込みながら80℃まで昇温し、過硫酸アンモニウムの3.5%水溶液14部を添加し、重合反応を開始した。その後、滴下用プレエマルションの残部、過硫酸アンモニウムの3.5%水溶液43部および亜硫酸水素ナトリウムの2.5%水溶液30部を120分間にわたり均一に滴下した。滴下終了後、80℃の温度で60分間維持することにより、1段目の重合反応を行なった。
1段目の重合反応の終了後、反応系内の温度を80℃に維持した状態で、脱イオン水145部、乳化剤としてアニオン性界面活性剤〔ポリオキシエチレンアルキルフェニルエ−テル硫酸エステル塩、第一工業製薬(株)製、商品名:アクアロン(登録商標)HS−10〕の25%水溶液60部、2−エチルヘキシルアクリレート100部、ブチルアクリレート90部、メチルメタクリレート300部およびアクリル酸10部からなる2段目のプレエマルションと過硫酸アンモニウムの3.5%水溶液43部と亜硫酸水素ナトリウムの2.5%水溶液30部とを120分間にわたって前記フラスコ内に均一に滴下した。滴下終了後、80℃で120分間維持し、25%アンモニア水を添加することによってpHを8に調整し、重合反応を終了した。
得られた反応溶液を室温まで冷却した後、目開きが300メッシュの(JISメッシュ)の金網で濾過し、樹脂エマルションを得た。得られた樹脂エマルションに含まれているエマルション粒子の平均粒子径は、150nmであった。
前記で得られた樹脂エマルションにおける不揮発分量は43%であり、エマルション粒子を構成している内層の樹脂のガラス転移温度は54℃、外層のガラス転移温度は16℃であり、エマルション粒子全体のガラス転移温度は34℃であった。また、エマルション粒子における内層を構成している重合体と外層を構成している重合体との合計含有率は100%であり、樹脂エマルションの最低造膜温度は55℃であった。
製造例6
滴下ロート、攪拌機、窒素導入管、温度計および還流冷却管を備えたフラスコ内に、脱イオン水810部を仕込んだ。滴下ロートに、脱イオン水96部、乳化剤としてアニオン性界面活性剤〔ポリオキシエチレンアルキルフェニルエ−テル硫酸エステル塩、第一工業製薬(株)製、商品名:アクアロン(登録商標)HS−10〕の25%水溶液40部、メチルメタクリレート335部およびアクリル酸5部からなる滴下用プレエマルションを調製し、そのうち全単量体成分の総量の5%にあたる71部を前記フラスコ内に添加し、ゆるやかに窒素ガスを吹き込みながら80℃まで昇温し、過硫酸アンモニウムの3.5%水溶液14部を添加し、重合反応を開始した。その後、滴下用プレエマルションの残部、過硫酸アンモニウムの3.5%水溶液29部および亜硫酸水素ナトリウムの2.5%水溶液20部を90分間にわたり均一に滴下した。滴下終了後、80℃の温度で60分間維持することにより、1段目の重合反応を行なった。
1段目の重合反応の終了後、反応系内の温度を80℃に維持した状態で、脱イオン水96部、乳化剤としてアニオン性界面活性剤〔ポリオキシエチレンアルキルフェニルエ−テル硫酸エステル塩、第一工業製薬(株)製、商品名:アクアロン(登録商標)HS−10〕の25%水溶液40部、2−エチルヘキシルアクリレート80部、ブチルアクリレート45部、メチルメタクリレート200部およびアクリル酸5部からなる2段目のプレエマルションと過硫酸アンモニウムの3.5%水溶液29部と亜硫酸水素ナトリウムの2.5%水溶液20部とを90分間にわたって前記フラスコ内に均一に滴下した。滴下終了後、80℃で60分間維持することにより、2段目の重合反応を行なった。
2段目の重合反応の終了後、反応系内の温度を80℃に維持した状態で、脱イオン水100部、乳化剤としてアニオン性界面活性剤〔ポリオキシエチレンアルキルフェニルエ−テル硫酸エステル塩、第一工業製薬(株)製、商品名:アクアロン(登録商標)HS−10〕の25%水溶液40部、2−エチルヘキシルアクリレート45部、ブチルアクリレート85部、メチルメタクリレート190部およびアクリル酸10部からなる3段目のプレエマルションと過硫酸アンモニウムの3.5%水溶液29部と亜硫酸水素ナトリウムの2.5%水溶液20部とを90分間にわたって前記フラスコ内に均一に滴下した。滴下終了後、80℃で120分間維持し、25%アンモニア水を添加することによってpHを8に調整し、重合反応を終了した。
得られた反応溶液を室温まで冷却した後、目開きが300メッシュの(JISメッシュ)の金網で濾過し、樹脂エマルションを得た。得られた樹脂エマルションに含まれているエマルション粒子の平均粒子径は、150nmであった。
前記で得られた樹脂エマルションにおける不揮発分量は43%であり、エマルション粒子を構成している内層の樹脂のガラス転移温度は105℃、中間層のガラス転移温度は16℃、外層のガラス転移温度は16℃であり、エマルション粒子全体のガラス転移温度は54℃であった。また、エマルション粒子における内層を構成している重合体と外層を構成している重合体との合計含有率は67%であり、樹脂エマルションの最低造膜温度は40℃であった。
製造例7
滴下ロート、攪拌機、窒素導入管、温度計および還流冷却管を備えたフラスコ内に、脱イオン水810部を仕込んだ。滴下ロートに、脱イオン水96部、乳化剤としてアニオン性界面活性剤〔ポリオキシエチレンアルキルフェニルエ−テル硫酸エステル塩、第一工業製薬(株)製、商品名:アクアロン(登録商標)HS−10〕の25%水溶液40部、シクロヘキシルメタクリレート335部およびアクリル酸5部からなる滴下用プレエマルションを調製し、そのうち全単量体成分の総量の5%にあたる71部を前記フラスコ内に添加し、ゆるやかに窒素ガスを吹き込みながら80℃まで昇温し、過硫酸アンモニウムの3.5%水溶液14部を添加し、重合反応を開始した。その後、滴下用プレエマルションの残部、過硫酸アンモニウムの3.5%水溶液29部および亜硫酸水素ナトリウムの2.5%水溶液20部を90分間にわたり均一に滴下した。滴下終了後、80℃の温度で60分間維持することにより、1段目の重合反応を行なった。
1段目の重合反応の終了後、反応系内の温度を80℃に維持した状態で、脱イオン水96部、乳化剤としてアニオン性界面活性剤〔ポリオキシエチレンアルキルフェニルエ−テル硫酸エステル塩、第一工業製薬(株)製、商品名:アクアロン(登録商標)HS−10〕の25%水溶液40部、2−エチルヘキシルアクリレート80部、ブチルアクリレート45部、メチルメタクリレート200部およびアクリル酸5部からなる2段目のプレエマルションと過硫酸アンモニウムの3.5%水溶液29部と亜硫酸水素ナトリウムの2.5%水溶液20部とを90分間にわたって前記フラスコ内に均一に滴下した。滴下終了後、80℃で60分間維持することにより、2段目の重合反応を行なった。
2段目の重合反応の終了後、反応系内の温度を80℃に維持した状態で、脱イオン水100部、乳化剤としてアニオン性界面活性剤〔ポリオキシエチレンアルキルフェニルエ−テル硫酸エステル塩、第一工業製薬(株)製、商品名:アクアロン(登録商標)HS−10〕の25%水溶液40部、2−エチルヘキシルアクリレート45部、ブチルアクリレート85部、メチルメタクリレート190部およびアクリル酸10部からなる3段目のプレエマルションと過硫酸アンモニウムの3.5%水溶液29部と亜硫酸水素ナトリウムの2.5%水溶液20部とを90分間にわたって前記フラスコ内に均一に滴下した。滴下終了後、80℃で120分間維持し、25%アンモニア水を添加することによってpHを8に調整し、重合反応を終了した。
得られた反応溶液を室温まで冷却した後、目開きが300メッシュの(JISメッシュ)の金網で濾過し、樹脂エマルションを得た。得られた樹脂エマルションに含まれているエマルション粒子の平均粒子径は、150nmであった。
前記で得られた樹脂エマルションにおける不揮発分量は43%であり、エマルション粒子を構成している内層の樹脂のガラス転移温度は83℃、中間層のガラス転移温度は16℃、外層のガラス転移温度は16℃であり、エマルション粒子全体のガラス転移温度は48℃であった。また、エマルション粒子における内層を構成している重合体と外層を構成している重合体との合計含有率は67%であり、樹脂エマルションの最低造膜温度は40℃であった。
実施例21〜41および比較例11〜19
製造例5〜7のうちのいずれかで得られた樹脂エマルションに含まれているエマルション粒子100部あたりの量が表3または表4に示す量となるように水溶性ポリマーの有効成分量を調節して樹脂エマルションに表3または表4に示す水溶性ポリマーを添加することにより、水性樹脂組成物を得た。
次に、前記調製例で得られたペースト86.2部、黒色ペースト〔横浜化成(株)製、商品名:ユニラント88、コンクブラック〕8部、各実施例または各比較例で得られた水性樹脂組成物200部、造膜助剤〔チッソ(株)製、商品名:CS−12〕8部、ブチルセロソルブ8部、25%アンモニア水0.5部および塗料用添加剤C〔ビックケミー・ジャパン(株)製、商品名:BYK−024〕0.5部を混合し、得られた混合物の25℃における粘度をストーマー型粘度計で測定し、増粘剤〔ロームアンドハース社製、商品名:TT―935〕を用いてその粘度が80KUとなるように調整することにより、建築建材用水性塗料を得た。
なお、比較例14および比較例18では、水性塗料の調製時に粘度が高くなりすぎたため、水性塗料を調製することができなかった。
各実施例および各比較例において、エマルション粒子10g、水溶性ポリマー0.5gおよび水90gを混合することによって得られる水性組成物を回転速度40000min-1で25℃の温度にて4時間遠心分離し、当該遠心分離によって分離された水層に存在する水溶性ポリマーの量を測定し、使用した全水溶性ポリマーに対する水層に存在する水溶性ポリマーの割合〔(水層に存在する水溶性ポリマーの質量)÷(使用した全水溶性ポリマーの質量)×100〕を求め、実施例1と同様にして評価した。その結果を表3および表4の水溶性ポリマーの欄の「含有率」に示す。
次に、スレート板〔日本テストパネル(株)製、縦70mm×横150mm×厚さ6mm〕に溶剤系シーラー〔エスケー化研(株)製、商品名:EXシーラー〕を乾燥後の量が20g/m2となるようにエアスプレーで塗装し、23℃の温度で24時間乾燥させた後、各実施例で得られた水性塗料を10milアプリケーターで塗装し、100℃の熱風乾燥機で10分間乾燥させることにより、試験板を得た。
前記で得られた試験板を用い、水性塗料の物性として、光沢、耐水性、塗膜硬度、耐汚染性、耐候性および耐凍害性を以下の方法に基づいて調べた。その結果を表3または表4に示す。
〔光沢〕
試験板の60°鏡面光沢値を光沢計〔日本電子工業(株)製、品番:VG2000〕で測定し、以下の評価基準に基づいて評価した。
(評価基準)
A:鏡面光沢値が85以上
B:鏡面光沢値が80以上85未満
C:鏡面光沢値が75以上80未満
D:鏡面光沢値が70以上75未満
E:表面光沢値が70未満
〔耐水性〕
試験板を23℃にて24時間養生した後、その試験板のL値(L0)を色差計〔日本電色工業(株)製、商品名:分光式色差計SE−2000〕で測定し、さらにこの試験板を60℃に温調された温水中に240時間浸漬させた後、温水から引き上げ、キムタオル〔日本製紙クレシア(株)製〕で水分を拭き取り、1分間以内に前記色差計でL値(L1)を測定した。
次に、L値の変化値を式:
ΔL=(L1)−(L0
に基づいて求め、以下の評価基準に基づいて評価した。
(評価基準)
A:ΔLが2.0未満
B:ΔLが2.0以上4.0未満
C:ΔLが4.0以上6.0未満
D:ΔLが6.0以上10.0未満
E:ΔLが10.0以上
〔塗膜硬度〕
試験板を60℃の熱風乾燥機内に移動させ、1分間調温した後に、その試験板上にガーゼ〔萬星衛生材料(株)製、日本薬局方ガーゼタイプ1〕、フロートガラス板〔日本テストパネル(株)製、縦70mm、横150mm、厚さ2mm〕およびおもりの順で積載し、60℃の温度で2時間放置した。このとき、荷重は280g/cm2となるように調整した。
次に、試験板を室温まで冷却し後、その試験板上のガーゼをゆっくりと剥がして塗膜の状態を目視にて観察し、以下の評価基準に基づいて評価した。
(評価基準)
A:異常なし(ガーゼ痕なし)
B:わずかにガーゼ痕あり
C:浅いガーゼ痕あり
D:深いガーゼ痕あり
E:ガーゼ残りあり
〔耐汚染性〕
試験板の半分をカーボンブラック粉に浸漬させ、50℃の熱風乾燥機内で2時間放置した後、試験板を引き上げ、室温まで冷却した。次に、試験板の表面に付着しているカーボンブラック粉を刷毛で軽く掃き落とした後、塗膜の状態を目視にて観察し、以下の評価基準に基づいて評価した。
(評価基準)
A:汚染なし
B:刷毛で掃いて落ちる程度の汚染
C:わずかにカーボンブラック粉が残っている程度の汚染
C:カーボンブラック粉がはっきりと残っていることがわかる程度の汚染
D:カーボンブラック粉で塗膜のほぼ全面が汚染
〔耐候性〕
試験板を23℃の雰囲気中で24時間養生させた。養生後、試験板の側面および背面をアルミニウムテープでシールし、その試験板のクリヤー塗料が塗布された面の色差(L0、a0、b0)を色差計〔日本電色工業(株)製、商品名:分光式色差計SE−2000〕で測定し、さらに以下の耐候性試験の試験条件で1000時間耐候性試験を行ない、前記色差計でその試験板のクリヤー塗料が塗布された面の色差(L1、a1、b1)を測定し、E値の変化値(ΔE)を式:
ΔE=[(L−L0)2+(a−a0)2+(b1−b2)21/2
に基づいて求め、以下の評価基準に基づいて評価した。
(耐候性試験の試験条件)
試験機:メタルウェザー〔ダイプラ・ウィンテス(株)製、品番:KU−R4〕
照射:気温65℃で相対湿度50%の雰囲気で4時間照射(照射強度:80mW/cm2
湿潤:気温35℃で相対湿度98%の雰囲気で4時間
シャワー:湿潤前後に各30秒間
(評価基準)
A:ΔEが2.0未満
B:ΔEが2.0以上3.0未満
C:ΔEが3.0以上4.0未満
D:ΔEが4.0以上6.0未満
E:ΔEが6.0以上
〔耐凍害性〕
試験板を23℃の雰囲気中で24時間養生させた後、試験板の側面および背面を2液硬化型溶剤系樹脂でシールし、凍結融解試験機で耐凍害性試験を行なった。そのときの凍結融解条件は、気中凍結(−20℃で2時間)および水中融解(20℃で2時間)とし、これら気中凍結と水中融解の4時間を1サイクルとして、倍率が30倍のルーペを用いて目視にて観察し、試験板にクラックが入るまでのサイクルを測定し、以下の評価基準に基づいて耐凍害性を評価した。
(評価基準)
A:400サイクルでクラックなし
B:300サイクル以上400サイクル未満でクラックが発生
C:200サイクル以上300サイクル未満でクラックが発生
D:100サイクル以上200サイクル未満でクラックが発生
E:100サイクル未満でクラックが発生
実施例42〜53および比較例20〜25
製造例5〜7のうちのいずれかで得られた樹脂エマルションに含まれているエマルション粒子100部あたりの量が表3または表4に示す量となるように水溶性ポリマーの有効成分量を調節して樹脂エマルションに表3または表4に示す水溶性ポリマーを添加することにより、水性樹脂組成物を得た。
次に、前記調製例で得られたペースト86.2部、各実施例または各比較例で得られた水性樹脂組成物200部、造膜助剤〔チッソ(株)製、商品名:CS−12〕8部、ブチルセロソルブ8部、25%アンモニア水0.5部および塗料用添加剤C〔ビックケミー・ジャパン(株)製、商品名:BYK−024〕0.5部を混合し、得られた混合物の25℃における粘度をストーマー型粘度計で測定し、増粘剤〔ロームアンドハース社製、商品名:TT―935〕を用いてその粘度が80KUとなるように調整することにより、建築建材塗料を得た。
一方、アクリル樹脂エマルション〔(株)日本触媒製、商品名:ユーダブルE−771SI〕200部に造膜助剤〔チッソ(株)製、商品名:CS−12〕8部およびブチルセロソルブ8部を混合し、得られた混合物を水および消泡剤〔サンノプコ(株)製、商品名:SNデフォーマー777〕を添加し、不揮発分含量を30%に調節した。その後、クレーブス単位粘度計(ブルックフィールド社製、品番:KU−1)を用いて25℃での測定時の粘度が65±1KUとなるように増粘剤〔(株)日本触媒製、商品名:アクリセットWR−503A〕を前記混合物に添加した。この混合物をホモディスパーで1500min-1で30分間撹拌することにより、クリヤー塗料を得た。得られたクリヤー塗料は、1日間静置した後、使用に供した。
次に、スレート板〔日本テストパネル(株)製、縦70mm×横150mm×厚さ6mm〕に溶剤系シーラー〔エスケー化研(株)製、商品名:EXシーラー〕を乾燥後の量が20g/m2となるようにエアスプレーで塗装し、23℃の温度で24時間乾燥させた後、各実施例で得られた建築建材塗料を10milアプリケーターで塗装し、100℃の熱風乾燥機で10分間乾燥させた。前記試験板の塗装面に、さらに前記で得られたクリヤー塗料を5milアプリケーターで塗装し、100℃の熱風乾燥機で10分間乾燥させることにより、試験板を得た。
前記で得られた試験板を用い、建築建材塗料の物性を実施例21と同様にして調べた。その結果を表3および表4に示す。
なお、表3および表4において、エマルションの種類の欄に記載の製造例番号は、その製造例で得られた樹脂エマルションを使用したことを意味する。水溶性ポリマーの量は、エマルション粒子100部あたりの量(部)を示す。また、各評価において、D以下の評価が1つでもあると不合格となる。
表3および表4に示された結果から、各比較例で得られた水性塗料と対比して、各実施例で得られた水性塗料は、塗膜の光沢および耐汚染性に優れ、さらに良好な耐水性、塗膜硬度、耐候性、耐水性および耐凍害性を有する塗膜を形成することがわかる。したがって、各実施例で得られた水性塗料は、建築建材塗料として好適に用いることができることがわかる。
以上の結果から、本発明の建築塗料は、例えば、建築外装トップコート用塗料、建築建材用塗料などとして好適に使用することができることがわかる。

Claims (14)

  1. (A)エマルション粒子10g、水溶性ポリマー0.5gおよび水90gを混合してなる水性組成物を回転速度40000min-1で25℃の温度にて4時間遠心分離し、当該遠心分離によって分離された水層に存在している水溶性ポリマーの量が水溶性ポリマー全量のうちの85質量%以上であることを満足する水溶性ポリマー、および(B)エマルション粒子を含有してなり、水溶性ポリマーの重量平均分子量が500〜80000であり、エマルション粒子100質量部あたりの水溶性ポリマーの量が0.3〜12質量部であることを特徴とする建築塗料用水性樹脂組成物。
  2. 用途が建築外装トップコートである請求項1に記載の建築塗料用水性樹脂組成物。
  3. エマルション粒子が多層構造を有する請求項2に記載の建築塗料用水性樹脂組成物。
  4. エマルション粒子が少なくとも外層、中間層および内層の3層を有し、中間層を構成している重合体のガラス転移温度が外層を構成している重合体のガラス転移温度よりも高い請求項2または3に記載の建築塗料用水性樹脂組成物。
  5. 用途が建築建材塗料である請求項1に記載の建築塗料用水性樹脂組成物。
  6. エマルション粒子が多層構造を有する請求項5に記載の建築塗料用水性樹脂組成物。
  7. エマルション粒子が内層および外層を有し、内層のガラス転移温度が80〜200℃であり、外層のガラス転移温度が−10〜40℃である請求項5または6に記載の建築塗料用水性樹脂組成物。
  8. 内層を構成している重合体のガラス転移温度と外層を構成している重合体のガラス転移温度との差が50℃以上である請求項5〜7のいずれかに記載の建築塗料用水性樹脂組成物。
  9. エマルション粒子全体のガラス転移温度が0〜65℃である請求項5〜8のいずれかに記載の建築塗料用水性樹脂組成物。
  10. 内層を構成する重合体と外層を構成する重合体との質量比〔内層を構成する重合体/外層を構成する重合体〕が25/75〜75/25である請求項5〜9のいずれかに記載の建築塗料用水性樹脂組成物。
  11. エマルション粒子における内層を構成している重合体と外層を構成している重合体との合計含有率が50〜100質量%である請求項5〜10のいずれかに記載の建築塗料用水性樹脂組成物。
  12. 外層を構成する重合体に用いられる単量体成分におけるカルボキシル基含有単量体の含有率が、内層を構成する重合体に用いられる単量体成分におけるカルボキシル基含有単量体の含有率よりも高い請求項5〜11のいずれか記載の建築塗料用水性樹脂組成物。
  13. 水溶性ポリマーが、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドンおよび界面活性剤からなる群より選ばれた少なくとも1種である請求項1〜12のいずれかに記載の建築塗料用水性樹脂組成物。
  14. 請求項1〜13のいずれかに記載の建築塗料用水性樹脂組成物および顔料を含有することを特徴とする建築塗料。
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