JPH0445169A - 単層弾性エマルション塗料組成物 - Google Patents

単層弾性エマルション塗料組成物

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JPH0445169A
JPH0445169A JP15300690A JP15300690A JPH0445169A JP H0445169 A JPH0445169 A JP H0445169A JP 15300690 A JP15300690 A JP 15300690A JP 15300690 A JP15300690 A JP 15300690A JP H0445169 A JPH0445169 A JP H0445169A
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glass transition
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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】 (産業上の利用分野) 本発明は、高分子エマルションをバインダーとする塗料
組成物に関し、さらに詳しくは、低温下で相当な伸び率
を示し、かつ耐汚染性にすぐれた単層弾性エマルション
塗料組成物に関する。
(従来の技術) 高分子エマルションをバインダーとする塗料組成物は、
近年、その使用量が増大しており、また、同組成物に対
して各種の高度な要求が強まっている。例えば建築用の
単層弾性塗料においては、−10℃程度の低温下におい
てフィルムが相当の伸び率を有し、かつ常温下において
はフィルム表面に粘着性が少なくほこり等の汚れが付着
しに(いことが要求されており、かかる要求を満足する
塗料組成物の開発が望まれている。
従来、 Pljに、高分子エマルションをバインダとす
る塗料において低温での伸び率を高めるには、ガラス転
移温度の低いモノマーがら成る高分子エマルションを用
いるか、または可塑剤を大量に配合することが行なわれ
ているが、これらの場合には、耐汚染性に関して満足な
品質が得られず、結局、これらの方法によっては、低温
での伸び率と耐汚染性とを同時に満足することは困難で
あった。
この問題を解決するための工夫として、内部層の組成と
表面層の組成の異なる粒子からなる高分子エマルション
をバインダーとして使用することが考えられる。その高
分子エマルションは、多段階重合法やパワーフィード重
合法(特公昭5l−46555)などを利用した乳化重
合によって合成することができる。その場合に、いわゆ
る複層構造の粒子が生成するが、従来は、造膜性を良く
するために粒子の内部層に硬質成分、表面層に軟質成分
が分布するように重合反応系に供給する成分を調整する
ことが行なわれている。ところがこの方法で合成した高
分子エマルションをバインダーとする塗料から得られる
乾燥フィルムは、軟質成分が表面に現れるため、耐汚染
性が十分でない。また、十分な耐汚染性をもつフィルム
を得ることを意図して、内部層に軟質成分、表面層に硬
質成分が分布するように反応系に供給する成分を調整す
る方法で高分子エマルションを合成しても、得られる高
分子エマルションは最低造膜温度(MFT)が相当に高
(、それを塗料に使用する場合には多量の造膜助剤を必
要とし、実用上満足な塗料を作成することは困難である
(問題点を解決するための手段) 本発明者らは以上の点に鑑みて、鋭意研究した結果、内
部層が硬質、表面層が硬質で、粒子径が0.3〜3.0
μmの範囲にあるいわゆる大粒子径の高分子エマルショ
ンは、MFTが通常の粒子径のものに比べて低く、造膜
に関する問題を解消できること、また、同エマルション
をバインダとする塗料は、低温下での伸び率が大きく、
かつ常温下での耐汚染性に優れたフィルムを得ることが
できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は、 高分子エマルション粒子の中心層のガラス転移温度(T
a)が−60〜10℃で、表面層のガラス転移温度(T
b)が0〜100℃で、それらの中間層のガラス転移温
度(Tc)が、Ta≦Tc≦Tbの範囲にあり、かつ、
Tb−Ta210℃であり、粒子径が0.3〜3.0μ
mの範囲にある粒子から成る高分子エマルションをバイ
ンダーとする単層弾性エマルション塗料組成物:こ関す
る。
本発明で使用する高分子エマルションは、中心層が軟質
、表面層が硬質であるという粒子モルホルジーを持ち、
その粒子径は0.3〜3.0μmの範囲のものであるが
、粒子径は0.4〜2.0μmの範囲にあることが好ま
しく、0.5〜1.0μmnの範囲にあることが更に好
ましい。
ここで特に断わらないかぎり、「粒子径」とは、次の方
法によって測定されるものを言う。すなわち、 Joyce−Loeb1社製のDisk Centri
fuge  (M K−In型)粒度分布測定機を用い
て粒子径分布を測定し、得られた粒子径分布曲線におい
て最大ピークが現われるところの粒子径の値を、ここで
の「粒子径」として扱う。
これらの性状を備えたエマルションを作成するには次の
ような方法を用いることができる。すなわち、それは水
および乳化剤の存在下で重合性不飽和単量体を乳化重合
させることによる、内部層が軟質、表面層が硬質で粒子
径が0.3〜3.0μmの範囲にある粒子から成る乳化
重合体の製造方法であって (a)重合反応の初期に反応系に供給する重合性不飽和
単量体(A)が、(A)の重合体のガラス転移温度(T
a)が−60〜lO°Cのものであり、重合反応の後期
に反応系に供給する重合性不飽和単量体(B)が、(B
)の重合体のガラス転移温度(Tb)が0〜100℃の
ものであり、重合反応の中間期に反応系に供給する重合
性不飽和単量体(C)が、(C)の重合体のガラス転移
温度(Tc)がTa≦Tc≦Tbの範囲のものであり、
かつTb−’丁a≧10℃でであり、かつ (b)反応系への乳化剤の供給に関して、反応系中での
重合性不飽和単量体の重合物との和に対する乳化剤の重
量比率が重合反応経時とともに高められること を特徴とする乳化重合体の製造方法である。
ここで、重合性不飽和単量体(A)の重合体のガラス転
移温度(Ta)を、より詳しく説明すると、重合性不飽
和単量体(A)が単量体M1M2 M3・・・よりなり
、それぞれの重量分率がC,C2,C3・・・であり、
それぞれの単量体の単独重合体P1.P2.P3・・・
の、絶対温度で表したガラス転移温度をそれぞれT、、
T2.T3・・・とすると、Taは(1)式で表される
単量体(A)の重合体とは詳しくは単量体M I。
M 2 、 M 3・・・の共重合体であり、Taはそ
の共重合体のガラス転移温度をいう。Taを単量体(A
)のガラス転移温度ということがある。
単量体(B )の重合体のガラス転移温度(Tb)、単
量体(C)の重合体のガラス転移温度(”rc)につい
ても上記と同様である。
上記乳化重合体の製造方法においては上記の(a)と(
b)をともに行なうことが必要であり、その具体的方法
として、例えば次のような方法を挙げることができる。
すなわち、それは、重合性不飽和単量体を水と乳化剤の
存在下に安定に乳化して第一の単量体プレエマルション
を作成し、別の重合性不飽和単量体を水と乳化剤の存在
下に安定に乳化して第二の単量体プレエマルションを作
成し、第一の単量体プレエマルションを第一の供給源か
ら反応系に供給するとともに、第二の単量体プレエマル
ションを第二の供給源から第一の供給源に供給し、この
とき、反応系中で重合性不飽和単量体を乳化重合させる
乳化重合方法であり、 (a)重合反応の初期に第一の供給源から反応系に供給
する単量体プレエマルション中の重合性不飽和単量体(
A)が、(A)の重合体のガラス転移温度(Ta)が−
60〜10℃のものであり、重合反応の終期に第一の供
給源から反応系に供給する単量体プレエマルション中の
重合性不飽和単量体(B)が、(B)の重合体のガラス
転移温度(Tb)が0〜100℃のものであり、がっT
b−Ta210℃であり、 (b)第一の単量体プレエマルション中の重合性不飽和
it体に対する同プレエマルション中の乳化剤の重量比
率が、第二の単量体プレエマルション中の重合性不飽和
単量体に対する同プレエマルション中の乳化剤の重合比
率より低(、上記の(a)および(b)によって、第一
の供給源から反応系に供給する単量体プレエマルション
中の重合性不飽和単量体および乳化剤に関する組成を重
合反応経時とともに連続的に変化させる方法である。
上記の如き方法にて製造される乳化重合体粒子は、複層
構造を有すると同時に従来のものよりもサイズが大きい
ことが特徴である。従来の複層構造乳化重合体は、一般
に粒子径(d)が0.3μm以下であり、造膜後のフィ
ルムのモルホロジは、通常このサイズ(≠d)の単位の
くり返しになる。これに対して本発明の乳化重合体粒子
はそのサイズが大きいため、造膜後のフィルムのモルホ
ロジーのくり返し単位のサイズがより大きくなる。その
結果、従来みられない性能の発現が期待される。本発明
者らは、種々検5」シた結果、これらの乳化重合体が前
述の如き性質を持つことを見出したが、それは、くり返
し単位のサイズが大きいフィルムモルホロジーに帰因す
るものど考える。
高分子エマルションの合成に用いる重合性不飽和中量体
は、乳化重合に一般的に使用されるものであれば特に限
定されるものではない。具体例としては、(メタ)アク
リル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)ア
クリル酸ブヂル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ
)アクリル酸−2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル
酸−2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸−2−
ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸−3−り四ロ
ー2−ヒドロキシプロピルもしくは(メタ)アクリル酸
グリシジルの如きアクリル酸またはメタクリル酸の各種
エステル類: (メタ)アクリルアミドもしくはN−メ
チロール(メタ)アクリルアミドの如き各種アミド類ニ
アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸もしくはフマル
酸の如き各種カルボキシル基含有単量体類;ジメチルア
ミノエチル(メタ)アクリレートもしくはジエチルアミ
ノプロビル(メタ)アクリレートの如き各種のジアルキ
ルアミノ基含有モノマー類;塩化ビニル塩化ビニリデン
もしくはフッ化ビニリデンの如きハロゲン化ビニルまた
はハロゲン化ビニリデン類;スチレン、α−メチルスチ
レンもしくはビニルトルエンの如き各種芳香族ビニル化
合物類;酢酸ビニルもしくはプロピオン酸ビニルの如き
各種ビニルエステル類:ブタジェンもしくはイソプレン
の如き各種共役ジエン類:無水マレイン酸または無水イ
タコン酸の如き各種の多価カルボン酸無水基含有単量体
類;エチレン、プロピレンもしくはブテンの如き各種の
脂肪族モノオレフィン類:あるいは、アクリロニトリル
もしくはメタクリロニトリルの如き各種不飽和ニトリル
類を挙げることができる。これらのものを単独もしくは
2種以上の併用で使用することができる。
また、本発明の高分子エマルションの合成に用いる乳化
剤は、乳化重合に一般的に使簡ハるものであれば特に限
定されないが、具体的には、以下に示すような、アニオ
ン型界面活性剤、ノニオン型界面活性剤、カチオン型界
面活性剤およびそれらの混合物を用いることかできる。
アニオン型界面活性剤としては、例えば、各種脂肪酸塩
、高級アルコール硫酸エステル塩、アルキルベンゼンス
ルホン酸塩、ジアルキルスルホコハク酸塩、ポリオキシ
エチレンアルキルエーテル硫酸塩、ポリオキシエチレン
アルキルフェニルエーテル硫酸塩、ポリオキシエチレン
ポリオキシブロビレングリコールエーテル硫酸塩、ポリ
カルボン酸型高分子界面活性剤などを挙げることができ
る。ノニオン型界面活性剤としては、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フェ
ニルエーテル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシ
エチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン・ポリオ
キシプロピレンブロックコボリマーなどを挙げることが
できる。また、カチオン型界面活性剤としては、アルキ
ルアミン塩、第四級アンモニウム塩などを挙げることが
できる。
これらの乳化剤の使用量は、重合性不飽和単量体の総量
に対して0.01〜10重量%、好ましくは0.1〜5
重量%の範囲にあることが適当である。
反応系中での重合性不飽和単量体と重合性不飽和単量体
の重合物との和に対する乳化剤の重量比率は、反応経時
とともに高められなければならない。したがって反応初
期よりも終了時の方がこの値が増加するように乳化剤を
供給し、その増加割合は、1.5〜500倍、好ましく
は、2〜100倍の範囲にあることが適当である。
本発明の高分子エマルションの合成においては、反応系
中で重合性不飽和単量体を乳化重合させるが、その際、
−II的には重合開始剤を使用する。この重合開始剤は
、乳化重合に一般的に使用されるものであれば、特に限
定されないが、具体例としては、過酸化水素の如き水溶
性無機過酸化物:過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム
の如き過硫酸塩類;クメンハイドロパーオキサイド、ベ
ンゾイルパーオキサイド、t−ブチルハイドロパーオキ
サイド、ジ−t−ブチルパーオキサイドの如き有機過酸
化物類;アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスシアノ
吉草酸の如きアゾ糸開始剤類などがあり、これらのラジ
カル重合開始剤は、単独または2種以上併用して使用で
きる。使用量としては、重合性不飽和単量体の総量に対
して、0.1〜2重量%が好ましい。なお、上記の過酸
化物系重合開始剤と金属イオンまたは還元剤とを併用し
て重合開始剤とし、レドックス重合を行なってもよい。
これらの開始剤の供給は、あらかじめ反応器中に重合開
始剤の水溶液または水分散液を装入しておく方法、重合
性不飽和単量体または単量体プレエマルション中に配合
しておく方法、重合開始剤の水溶液または水分散液を重
合性不飽和単量体と同時に反応器に送入する方法、ある
いはこれらの方法の併用で行なうことができる。また、
重合性不飽和単量体の供給終了後、追加触媒として重合
開始剤の一部を反応器に供給してもよい。
本発明の高分子エマルションの合成において使用する水
の量は、重合性不飽和単量体の総量に対し7て10〜3
00重量%、好ましくは10〜100重量%の範囲が適
当である。
本発明の高分子エマルションの合成においては、上記の
重合性不飽和単量体、乳化剤、重合開始剤および水のほ
かに、必要に応じて、メルカプタン類などの連鎖移動剤
、および重炭酸ナトリウムや酢酸ナトリウムなどの緩衝
剤などを使用してもよい。これらの添加剤の供給は、例
えば、あらかじめ反応器中に装入しておく方法、あるい
は、重合性不飽和単量体または重合体プレエマルション
中に混合して反応器に送入する方法などで行なうことが
できる。
本発明の高分子エマルションの合成において、反応系へ
の重合性不飽和単量体の供給速度は、使用する単量体、
重合開始剤および重合温度などによって適宜選択すれば
よいが、一般には重合性不飽和単量体の全量が1〜lO
時間かけて反応系中へ供給し終る速度である。反応系中
へ重合性不飽和単量体を供給する場合、水と乳化剤の存
在下に重合性不飽和単量体を安定に乳化して単量体プレ
エマルションを作成し、この単量体プレエマルションを
反応系中へ供給してもよい。単量体プレエマルションは
例えば最初、乳化剤と水と混ぜ、次に重合性不飽和単量
体を撹拌しながら混合することによって容易に得られる
反応系の重合温度は特に限定されないが、通常10〜1
00℃であり、好ましくは30〜80℃である。
本発明のエマルション塗料は、上記に特定した高分子エ
マルションをバインダーとして通常のエマルション塗料
の製造と同様にして製造される。
すなわち、顔料、充填剤、骨材、分散剤、湿潤剤、増粘
剤および/またはしオロジーコントロール剤、消泡剤、
可塑剤、造膜助剤、有機溶剤、防腐剤、防黴剤、pH調
節剤、防錆剤などそれぞれの目的に応じて選択、組み合
わされ、通常の方法で塗料とされる。
(発明の効果) 本発明の単層弾性エマルション塗料のバインダである高
分子エマルションは、層構造を有するとともに比較的サ
イズの大きい粒子から成るため、従来の多層構造エマル
ションに比べて層構造の特徴をより顕著に塗膜性能に反
映させることが可能である。すなわち、本発明の単層弾
性エマルション塗料から得られる乾燥フィルムは、低温
での伸び率と耐汚染性とをともに満足し得るものとなる
(実施例) 以下に、実施例に基づき本発明を具体的に説明する。な
お、本発明の範囲は、これらの実施例にのみ限定される
ものではない。なお、エマルションの粘度測定はB型粘
度計(60rpm、25℃)で行ない、粒子径の測定は
 注1)の方法によって行ない、最低造膜温度の測定は
、日本理学工業(株)製の最低造膜温度測定機を使用し
た。
なお、実施例中の「部」および「%」は重量基準である
実施例1 重合反応装置は、撹拌機、温度計および還流冷却器を備
えた反応器(2℃フラスコ)、撹拌機を備えた第一の単
量体プレエマルション供給源、撹拌機を備えた第二の単
量体プレエマルション供給源、触媒溶液供給源、これら
を結ぶ配管、およびポンプ(3台)から成る。反応器と
第一の供給源を配管で連結し、その途中にポンプを設置
した。
別に、反応器と触媒溶液供給源を配管で連結し、その途
中にポンプを設置した。また、第一の単量体プレエマル
ション供給源と第二の単量体プレエマルション供給源を
配管で連結し、その途中にポンプを設置した。
反応器に脱イオン水240部を仕込み、温度70℃に加
熱した。第一の供給源の中で下記の配合から成る第一の
単量体プレエマルションを調製した。
脱イオン水            167部ニューコ
ール271A  注2)   1.40部ニューコール
1120  注3)   0.67部スチレン    
         132部アクリル酸−2−エチルヘ
キシル  360部メタクリル酸メチル       
 181部アクリル酸           6.73
部t−ブチルハイドロパーオキサイド 注4)2.50
部 第二の供給源の中で下記の配合から成る第二の単量体プ
レエマルションを調製した。
脱イオン水           109部ニューコー
ル271A  注2)   40.7部ニューコール1
120 注3)   19.5部スチレン      
       132部アクリル酸−2−エチルヘキシ
ル  270部メタクリル酸メチル        2
70部アクリル酸           6.73部t
−ブチルハイドロパーオキサイド 注4)2.50部 上記の第一の単量体プレエマルション中の重合性不飽和
単量体のガラス転移温度は0.4℃であり、第二の単量
体プレエマルション中の重合性不飽和単量体のガラス転
移温度は20.4℃である。
触媒溶液供給源の中で、次の配合から成る触媒溶液を調
製した。
ホルムアルデヒドスルホン酸ナトリウム8.0部 脱イオン水           40.0部第一の単
量体プレエマルションを第一の供給源から反応器に5時
間に亘って一定速度で送入した。同時に、第二の単量体
プレエマルションを第二の供給源から第一の供給源に5
時間に亘って一定速度で送入し、送入期間中は、第一の
供給源を撹拌し続け、常に十分な混合が生じるようにし
た。同時に、触媒溶液を、触媒溶液供給源から反応器に
5時間に亘って一定速度で送入した。
上記操作の期間中、反応器を70部2℃に保ち、撹拌を
続けた。単量体プレエマルションおよび触媒溶液の送入
が終了した後、更に、70部2℃に1時間保ち撹拌を続
けた。その期間中に。ホルムアルデヒドスルホン酸ナト
リウム1−6部部と脱イオン水5.−90部から成るロ
ンガリット水溶液7.50部およびt−ブチルハイドロ
パーオキサイド1.60部を反応器中に、3回に分けて
15分間隅で投入した。
上記操作の終了後、反応器を冷却し、25%アンモニア
本12.7部、アデカネートB748−改−8注5)0
.80部およびスラオフ72N注6)2.00部を反応
器に投入し、その後10分間撹拌した。この後、反応器
の内容物を300メツシユ絹布で濾過した。得られたラ
テックスは固形分濃度68.9%、粘度1650cps
、pH9,1、粒子径0.55μm、最低造膜温度7°
Cであった。また、ラテックスを使用した単層弾性塗料
の伸び率および耐汚染性は表1の通りであった。
比較例1 重合反応装置は、実施例1と同じものを用いた。第一の
単量体プレエマルションとして次の配合のものを使用し
た。
脱イオン水           167部ニューコー
ル271A 注2)   1.40部ニューコール■1
20 注3)   0−67部スチレン       
      132部アクリル酸−2−エチルヘキシル
  270部メタクリル酸メチル        27
0部アクリル酸           6.73部t−
ブチルハイドロパーオキサイド 注4)2.50部 第二の単量体プレエマルションとして次の配合のものを
使用した。
脱イオン水            109部ニューコ
ール271A 注2)   40.7部ニューコール1
120 注3)   19.5部スチレン      
       132部アクリル酸−2−エチルヘキシ
ル  360部メタクリル酸メチル        1
81部アクリル酸           6.73部t
−ブチルハイドロパーオキサイド 注4)2.50部 上記の第一の単量体プレエマルション中の重合性不飽和
単量体のガラス転移温度は20.4℃であり、第二の単
量体プレエマルション中の重合性不飽和単量体のガラス
転移温度は0.4℃である。
上記の単量体プレエマルションを使用し、実施例1と同
様の操作を行ない、ラテ、ツクスを合成した。得られた
ラテックスは、固形分濃度68.9%、粘度1426c
ps、pH9,2、粒子径0.65μm、最低造膜温度
14℃であった。また、ラテックスを使用した単層弾性
塗料の伸び率および耐汚染性は表1の通りであった。
表1 注1 ) 、Joyce−Loeb1社製のDisk 
Centrifuge(M K −III型)粒度分布
測定機を用いて粒子径分布を測定し、得られた粒子径分
布曲線において最大ピークが現われるところの粒子径の
値を、ここでの「粒子径」として扱う。
なお、測定条件として、スピン液は水10〜20 m 
Q、ディスクの回転数は2000〜6000 r pm
、温度は10〜30℃、試料の分散媒はメタノール−脱
イオン水(体積比でl : l)混合溶液、試料分散液
濃度は0.1〜1.0重量%、試料分散液の注入量はC
11〜1.0rnj2とする。
注2)日本乳化剤(株)製のアニオン型界面活性剤 注3)日本乳化剤(株)製のノニオン型界面活性剤 注4)70%水溶液 注5)地竜化工業(株)製の消泡削 性6)武田薬品工業(株)製の防腐刑 法7) 注8) 注9) 塗料配合を表2に示す。ミルベースはカウレスディゾル
ハーで30分分散。造膜条件はJ I 5A−6910
防水形に準拠。
試験方法は、J I 5A6910防水型に従った。
屋外曝露試験による評価結果。平塚市にて半年間バクロ
した。評価基準は次の通り。
○:目視での汚れ具合が少なく、水洗いで容易に元の状
態にもどる。
◎:目視で明らかに汚れが分かり、水洗いでも元の状態
にもどらない。
表2 江1 注1 注1 注1 注l 注l 正圧(株)製の顔料分散剤 ティ力(株)製の酸化チタン 丸尾カルシウム(株)製の充填剤 サンノブコ(株)製の消泡剤 ローム・アンド・ハース製の防腐剤 旭電化工業(株)製の増粘剤

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 高分子エマルションの粒子の中心層のガラス転移温度(
    Ta)が−60〜−10℃で、表面層のガラス転移温度
    (Tb)が0〜100℃で、それらの中間層のガラス転
    移温度(Tc)が、Ta≦Tc≦Tbの範囲にあり、か
    つ、Tb−Ta≧10℃であり、粒子径が0.3〜3.
    0μmの範囲にある粒子から成る高分子エマルションを
    バインダーとする単層弾性エマルション塗料組成物。
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JP2005146040A (ja) * 2003-11-12 2005-06-09 Asahi Kasei Chemicals Corp 高防湿性塗工組成物
JP2006291082A (ja) * 2005-04-13 2006-10-26 Asahi Kasei Chemicals Corp 感熱記録紙塗工用組成物

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