JPS6183690A - 多孔性無機質材料用表面処理剤 - Google Patents

多孔性無機質材料用表面処理剤

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JPS6183690A
JPS6183690A JP20684884A JP20684884A JPS6183690A JP S6183690 A JPS6183690 A JP S6183690A JP 20684884 A JP20684884 A JP 20684884A JP 20684884 A JP20684884 A JP 20684884A JP S6183690 A JPS6183690 A JP S6183690A
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silicon
pva
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polymerization
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和俊 寺田
寿昭 佐藤
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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】 囚本乎明の遠j[酋−野一 本発明はセメント系、ケイ酸力〜シウム系、石こう系な
どの多孔性無機質材料用表面処理剤に関する。更に詳し
くは、末端に反応性の硅素基を含有する特定のポリビニ
ルアルコール系重合体よりなることを特徴とする、優れ
た性能を有する多孔性無機質材料用表面処理剤に関する
延j来技術 従来よシ、多孔性無機質材料の表面を保護したり、上塗
シ塗料との付着性や多孔性無機質材料間の付着性をよく
する目的で、ウレタン樹脂系、エポキシ樹脂系、塩化ビ
ニ/L/樹脂系などの有機溶剤系表面処理剤あるいけ水
性エマルジョン型表面処理剤が使用されている。
(C1発明が解決しようとする間、四点しかしながら有
機溶剤型表面処理剤は有機溶剤を使用するため安全衛生
上の問題があり又強アルカリ性の多孔質材料においては
樹脂の分解ないしは変質により長期間にわたり耐剥離性
を維持することが困難であるなどの欠点があった。
また水性エマルジョン型表面処理剤は有機溶剤を全く使
用しないという利点はあるものの、無機質材料中のアル
カリ性成分によってエマルジョン樹脂が分解ないし変質
するため無機質材料との耐剥離性が著るしく低いという
欠点があった。
また、表面が粗荒でもろい多孔性無機質材料の表面保護
や他の材料との接着を計ろうとする場合、従来の表面処
理剤では無機質材料への浸透が不十分であるために、表
面のもろい層を固結することができない場合や、逆に無
機質材料中へ浸透し過ぎるために表面に残存する表面処
理剤の量が少なくなる場合が多く、表面保護力が不十分
で、また他の材料との接着性が不十分であった。
中り泄豪糺先麩−閃J々L!蔓λ±−色本発明者らは上
記欠点を克服すべく鋭意検討した結果、末端に反応性の
硅素基を有するポリビニルアルコール系血合体(以後末
端硅素PVAと略記することがある、)からなる表面処
理剤を用いた場合には、耐アルカリ性、耐水性、無機質
材料の表面保護力に優れ、無機質材料の防水止水効果が
高く、また池の材料との接yu性にも優れる表面処理剤
が得られることを見出し、本発明を完成するに到った。
本発明で用いられる末端硅素PVAとしては、下記CD
式で示されるシリル基を、加水分解した反応性の硅素基
を含有するPVA系重合体をすべて包含するものである
−S’ i −(Rうn 〔ただし、R1は炭素数1〜20の炭化水素基、より好
ましくは炭素数1〜lOの炭化水素基、R21−1: 
y素数1〜20のアルコキシ基、フェノキシ基、アルキ
ルフェノキシ基、またはアシロキシ基、(ここでアルコ
キシ基、フェノキに基、アルキルフェノキシ基、アシロ
キシ基iiegを含有する置換基を有していても良い。
)、nは1〜3の整数である。〕 またここでnば3または2が好ましく、特に3のものが
硅素基の反応性が大きく好ましい。
上記シリル基をアルカリ、酸あるいけ水のみで加水分解
することにより、アルコキシ基、アシロキシ基、フェノ
キシ基、アルキルフェノキシ基は、比較的容易にOH基
、OM(Mはアルカリ金属あるいはアンモニウム基など
)となり反応性の硅素基となる。ここでPVA主鎖と硅
素基の結合は特に制限はないが、加水分解や加熱により
分解し難い基であることが望ましい。
本発明の末端硅素PVAはビニルアルコール単位 (−
CH2−CH−)  を含む水溶性の重合体H をすべて包含するものである。なお不発明で言う水溶性
とは完全に水に溶解するもの以外に一部不溶物を含むが
水に分散できる水分散性のものも包含する。しかし本発
明の効果をよシ効率よく発揮させるためにはビニルアル
コール単位を50モル%以上含む重合体が望ましい。
ビニルアルコール単位以外の成分単位については特に制
限はない。例えばビニルエステル単位、エチレン、プロ
ピレン等のオレフィン単位、アクリル酸、メタクリル酸
、またはその塩、アミド、エヌテル等のビニル単位等が
挙げられる。
本発明の末端硅素PVAの重合度は種々のものを用いる
ことができる。ただし多孔性;東嘘質材料への浸透によ
る表面強度の向上が重合度1000以下、〔水溶液系の
極限粘度〔η〕を3o0Cでn1il定17、桜田式よ
り求めた重合度(桜田式:好ましい。しかし重合度が低
すぎ゛ると架橋の効率が低下するため好1しくなく、重
合度とし2ては50以上が望ましい。
本発明の末端硅素PVAの製油法としては、シリル基を
加水分解した硅素基が分子末端に導入されたPVAがえ
られる方法であれば制限はない。
例えば加水分解により本発明の硅素基を与えるシリル基
を含有するチオール化合物共存下に、酢酸ビニル等のビ
ニルエステル類をラジカル重合し、見られる末端にシリ
ル基を有するポリ酢酸ビニル等のポリビニルエステ/l
/類をけん化し、ビニルエステル単位のけん化と同時に
シ!J/L4を加水分解する方法、あるいは千オ酢酸共
存下に酢酸ビニル等のビニル二Zチル類をラジカル重合
し、えられるポリ酢酸ビニル等のポリビニルエステ/V
類をけん化することKより見られる、末端にH8基を有
するPVAにシリル基を有するビニルモノマー、例えば
ビニルトリメトキシシラン、γ−メタクリルオキシフー
ロビルトリメトキシシランなどを附加反応させ、メトキ
シシリル基を加水分解し反応性の硅素基とする方法でも
製造することかでさる。
特に前者の製造法が簡便で好ましいが、末端にシ+) 
)し基を効率良く導入するためには、重合糸中のシ17
7し基を有するチオール化合物のビニルエステルモノマ
ーに対する濃度をできるだけ一定に保持することが望ま
しい。該チオール化合物の連鎖移動定数が大きいため、
例えば該チオール化合物とビニルエステルモノマーta
合し、そのまま該チオール化合物を後添加することなく
バッチ重合すると、該チオール化合物が急激に消費され
、なくなってしまい、重合系が進むに従い末端にシリル
基を含まないポリビニルエステルが多量に副生ずる。従
ってこれをけん化したPVAも末端に硅素基を有しない
PVAが多量に混入したPVA Lかえられず好ましく
ない。
従って末端に効率良く反応性の硅素基が導入されたPV
Aをえるためには重合中に消費されるシリ/I/基含有
チオール化合物を後添加により補給シ、ビニルエステル
モノマーに対するC度e一定に保持することが好ましい
また連続重合法により一定の該チオール化合物とビニル
エステルを建続的に重合槽へ供給し重合浴液を連、睨的
に抜@収る方法も重合系中の該チオール濃度を一定に保
持することができ、末端にシIJ )し基を効率よく導
入できるので、好ましい。
末端にシIJ )し基を有するチオール化合物としでは
、HS基及び(R’)!−n(Rは炭素数1暴 Si  (R2)n 〜20の炭化水素基、より好ましくは炭素数1〜10の
炭化水素基、R2は炭素数1〜20のアルコキシ駅、フ
ェノキシ基、アルキルフェノキンフェノキシ基、アルキ
ルフェノキシ基、アシロキシ基は酸素を含有する置換基
を有していてもよい。)、nは1〜3の整数〕を含む化
合物が使用される。
例えば3 −( )リメトキシシリル)−プロビルメ 
ル カ ブタ ン 、3−(1−  リ エ ト キ 
シ シ リ ル )プロピルメルカプタン、2−()リ
メトキシシリル)エチルメルカプタン、3−(ジメトキ
シ−メチルシリlし)−プロピルメルカプタン、3−(
モノメトキン−ジメチルシリル)−プロピルメルカフ“
タン等が挙ケラレル。
ビニルエステルの重合は通常のラジカル重合開始剤を用
いて行なわれる。重合に際しては重合系の粘度を下げる
目的で適当な溶媒を用いることができる。重合温度、時
間は適宜選択することができる。重合終了後未重合の残
存ビニルエステルモノマーを分離除去した後、えられた
末端ニシリル基を有するポリビニルエステルを常法によ
りけん化する5通常メタノール等のアルニール中、塩基
性あるいは酸性触媒を加えけん化する方法が好ましい。
ビニルエステ/I/illi位のけん化度は触媒量、け
ん化時間、温度等のけん化条件を適宜選択することによ
り制御できる。
このけん化父応の際、あるいは得られた重合体を水に溶
解または分散させる際に末端の(Rす3−n  基のR
2が大部分加水分解され、一S i −( R2)n ( R’)3− n 一S i −( OM )。(Mは水素、アルカリ金属
またはアンモニウム基など)となり本発明の末端に反応
性の硅素基を有するPVAがえられる。
なおビニルエステルの重合時、共重合可能な不飽和単量
体を共存共重合させ、けん化することによシ末端硅素P
VA系共重合体をえることができる。例えばエチレン、
プロピレン、ブチレン、α−ヘキセン等のオレフィン、
(メタ)アクリル酸、クロトン酸、(無水)マレイン酸
、フマル酸、イタコン酸等の不飽和酸、およびそのアル
カリエステル、アルカリ4、(メタ)アクリルアミド、
N、N、−ジメチルアクリルアミド、アルキルビニルエ
ーテル、2−アクリルアミド−2〜メチルプロパンヌル
ホン酸等のスルホン酸含有単量体及びそのア/レカリ塩
、トリメチル−2−(l−(メタ)アクリルアミド−1
,1−ジメチルエチル)アンモニウムクロリド等のカチ
オン性単量体があげられる。
更にビニルトリメトキシシラン、アリフレトリエトキシ
シラン等のシリル基含有不飽和単量体を少量共重合する
ことも畠来る4、しかしこの場合は本発明の主旨を阻害
しない範囲にするととが好ましい。ンIJ )し基含有
不飽和単量体を共重合し主鎖中にシリル基を尋人する方
法ではシリル基の導入がランダムに行なわれるため、分
子間でシl))し基の含量が不均一とな9、けん化した
PVAとして平均の導入証よりも珪素基導入量の多いポ
リマー成分が生成する。その結果末端と主鎖に多くの硅
素基を含むPVAは硅素基間の反応架橋も多く生成し水
に不溶となる。このため硅素基間の反応により生成した
結合を分解するアルカリ化合物例えば水酸化ナトリウム
等を添加する必要が生じるという欠点があるので共重合
により導入するシリル基は水に不溶にならない少数にす
ることが好ましい。
本発明の末端にのみ硅素基を有するPVAは水のみで溶
解できるのが大きな特徴であり、珪素基成分を分子鎖中
に共重合で導入したものと大きく異なる点である。この
両者の差は以下のように考えられる。本発明の末端硅素
PVAは反応性硅素基とPVAの水酸基との反応が主体
となり硅素基間の反応が少ないため硅素基による架橋結
合が水中で比較的容易に分解し、溶解するのに対し、共
重合体中の硅素基は硅素基間の反応が多く水中でも分解
し難いため、水には溶解し難くなる欠点があるものと考
えられる。
また分子中に反応性の硅素基を多く含むPVAは、無機
質材料中のAJ、 CaSMg、 S i等のイオンあ
るいは酸化物およびこれらの水和物との硅素基の反応が
多くなるためと思われるが、無機質材料表面付近で該P
”v’Aがするやかに反応して無機質材料中への浸透が
疎害され好ましくない。
末端に硅素基を導入することの利点は、硅素基導入址を
均一としうる点であって、共重合で硅素基を分子中に導
入する場合に生じやすい硅素基を分子中に多く含むPV
Aを含まないため、無機質材量中への適度の浸透性と無
機質表面での皮膜化を容易にしうる、という特徴を持つ
ものである。
本発明の表面処理剤が塗布される多孔性無機質材料とし
てはセメント系、ケイ酸カルシウム系、石音系砂、粘+
拡物茶々どの無機質材料を主成分とするものであり、具
体的には、軽量コンクリート、ブレキャストコンクリー
ト、怪址気泡コンクIJ −) (A L C) 、モ
ルタル、面幅セメント板、ケイ酸カルシウム板、パルプ
セメント板、木毛セメント板、石膏ボード、ハードボー
ド、しつくい、石膏プラスター、ドロマイトプラスター
、硬プラスター、砂、土噛などが挙げられる、 本発明の末端硅素PVAは水に分散後、植1拌しながら
加温することにより均一な水溶液とすることができる。
本発明の多孔性無機質材料用表面処坤剤処理剤の如く末
端硅素PVAを水に溶解することによって調製すること
ができるが、この場合、末端硅素PVAの濃度は作業性
を考慮して細密は1〜30重量%、好ましくは5〜20
重量%の範囲内で使用される。
上記表面処理剤には必安に応じ顔料、染料および合成樹
脂エマルジョン等を配合することもできる。前述した合
成樹脂エマルジョンとじては、酢酸ビニルの単独又はエ
チレン、アクリル酸エステル、塩化ビニル等との共重合
体エマルジョン、又はアクリル酸エステルおよび塩化ビ
ニルの単独重合体エマルジョン、スチレン−ブタジェン
共重合体エマルジョン等、種々のものが使用できる。
無機質材料への塗布方法はへケ塗り、吹付は塗シ、ロー
ラー塗夛、浸漬など一般の塗布方法がいずれも可能であ
る。塗布漱は乾燥固形分として0・5〜300 fj 
/rrL2が好ましく、乾燥は室温で十分であるが加熱
乾燥することも可能である。
(E1作用及び−日の 本発明は末端に特定の反応性硅素基を有するPVAより
なる多孔性無機質材料用表面処理剤で、無機質材料への
適度の浸透性と、末端の硅素基の反応性により、耐アル
カリ性、耐水性、接着性に優れ、多孔性無機質材料の表
面保護や防水性、他の材料との接着性、あるいは多孔性
無機質材料間の接着性に優れるという特有の効果を有し
、かつ表面処理剤は水性であるため安全衛生上も問題な
く、工業用材料として極めて利用11Ill徂の高いも
のである。
本発明の多孔性無機質材料用表面処理剤が耐アルカリ性
、iI!lt水性、表面保護力、防水性、接!’性等に
優れる理由は十分解明されてはいないが、本発明の末端
硅素基の特異な反応性によるものと思われる。すなわち
本発明の末端硅素PVAは多孔性無機質材料中に適度に
・浸透し、末端硅素基が無機質材料中の)、l、 Ca
、 Mg、 S i等のイオンおよびこれらの酸化物あ
るいはその水和物と容易に反応して強固な結合を生成す
るとともに、更にビニルアルコールの水酸基と、あるい
は末端珪素基同士が、該PVA水溶液が乾燥によって皮
膜化する際、アルカリ性条件下においても容易に反応し
て架橋体を形成する性質を有しているため、無機質材料
中に適度に浸透した状■で表面に耐アルカリ性にすぐれ
た佳日な皮膜を形成するためであろうと考えられる。
次に実施例によυ本発明を更に詳しく説明するが、本発
明はこれKよってなんら限定されるものではない。なお
、実施例中、F%Jおよび「部Jは特にことわシのない
かき′9重量基準を表わす1、 (イ)末端硅素PVAの調整 実施例】 攪拌機、温度計、チッ素ガス導入管、還流冷却器および
チオール化合物添加装置を付した叉応容器中に1酢酸ビ
ニル2400部、メタノ−A/ 500部を仕込み、攪
拌しな必(ら系内をチッ素置換した後、内温を60℃ま
で上げた。この糸に3−()!Jメトキシシリル)プロ
ピルメルカプタン2.4部ヲ加t(チオールの初期添加
と称することにする。)、さらに2.2′−アゾビスイ
ソブチロニトリル0.87部をメタノ−/L/ 100
部に溶解した溶液を添加し重合を開始した。重合開始後
3時間にわたって連続的に3−()リメトキシシリル)
プロビルメルカフ“タン27部(チオールの後添加と称
することにするう )を溶解したメタノール溶液80部
を添加した。3時間重合を継続した後、重合を停止した
この時点における系内固形分濃度は40.9%(重合率
51.0%)であった。
メタノール蒸気の導入により未友応の酢酸ビニル単蔗体
を追い出した後、シIJ /し基を末端に有するポリ酢
酸ビニルの40%メタノール溶液を得た。
この重合体のメタノール溶液を40℃で攪拌しながら、
この中に酢酸ビニル単位に対して5モル%の水酸化ナト
リウムを溶解したメタノール溶液を添加してケン化反応
を行なった。得られた白色ゲルを粉砕し、メタノールで
十分に洗浄した後乾燥して末端に硅素基を有するPVA
を得た。得られたPVAは重合度216(桜田の式よシ
算出)であ)、酢酸ビニル単位のケン化度は99.2モ
ル%であった。
実施例2〜5 シリル基含有チオールの種類、チオールの初期添加量、
チオールの後添加量及びケン化時の水酸化ナトリウム使
用語を変えた以外は実施例】と同様にして各種重合度、
ケン化度の末端に硅素基を有するPVAを得た。用いた
チオールの名称、チオールの初期添加量及びチオールの
後添加量、得られたPVAの重合度、ケン化度をまとめ
て表1に示す。
比較例1〜5 実施例】の3−(トリメトキシシリル)フ“ロビルメル
カブタンのかわりに2−ヌルカフ0トエタノールを用い
た以外は実施例1と同様にして末端に硅素基を有しない
PVAを得た。用いた2−メルカプトエタノールの量と
PVAの重合度、ケン化度を表1に示す。
1比較例5i  同   上  lO,03□′0.3
4 11710  99.0(ロ)多孔性無機質材料へ
の塗布試験 実施例6 実施例1で得られた末端硅素PVAの5%水溶液を調整
し、表面pHがlOの石綿スレート板および表面pHが
】2のモルタル板に乾燥固形分として50y/rrLと
なるように塗布し、その上に補強剤として綿布をのせ2
日間室温で乾燥した。その後石綿スレート上のffA皮
膜を】αの巾にナイフで切れ目を入れ、室温の水に3日
間浸漬した後、オーて トグフフ(島津製作所IM−100型)にで剥離角度9
0°、引張シ速度500wm/分で耐水接着力を測定し
、表2に示される如き結果を得た。
実施例7〜】0 実施例2〜5で得られた末端硅素PVAを用いて、石綿
スレート板、モルタル板に対する耐水接着力の試験を実
施例6と同様にして実施した。結果を表2に示す。
比較例6〜】0 比較例1〜5で得られたPVAを用いて、石高スレート
板、モルタル板に対する耐水接着力の試験を実施例6と
同様にして実施した。結果を表2に示す。
比較例11 ケン化度88モル%、4%水溶液の20°Cにおける粘
度23cpの未変性pv人を保護コロイドとして8%含
有する酢酸ビニル重合体エマルジョンを用いて実施例6
と同様にして耐水接着力を測定した。結果を合せて表2
に示す。
表2よシ、本発明の表面処理剤はアルカリ性条件下にお
いても著しく附水接着力が高く、耐剥離性、耐水性、耐
アルカリ性にすぐれていることがわかる。
実施例11 セメント:砂:水、、10:30:8.8のモルタルを
合板製型枠に流し込み、そのまま1日放置したのち脱型
し、20℃、65%RHの恒温、恒湿下KIO日間養生
した。このモルタルの表面には弱い層(レイタンス)が
生成していた。実施例1で得られた末端硅素PVAの5
%水溶液を調整し、乾燥固形分で] O17mとなるよ
うレイタンスのあるモルタルに塗布し2日放置した。次
いで、このモルタル基体を割って断面Mi K I2水
溶液を塗布した。
モルタルに浸透したPVA部分がI2によって着色した
ので、立体顕微鏡を用いて、末端硅素PVAのモルタル
への浸透の度合いを測定した。結果を表3に示す。
次に同様の方法にてPVAを塗布したレイタンスのある
モルタルに対し、ウオッシャ−ビリティ摩耗試袋機(東
洋精機シ)を用いて真中刷毛5001重(38X85配
)で摩耗面積40 X 380期を500回こすって摩
耗址を測り、耐摩耗試験を行なった。結果を合わせて表
3に示す。
とのPVAを塗布したレイタンスのおるモルタルに対し
セメント:砂:水、、−+O:20:6.5のモルタル
を打ちつぎ、20℃、65%RHの室内、及び20℃の
水中に7日間放置後、曲げ強度を測定し、モルタル基材
とモルタル仕上げ層との接着性を調べた。結果を合わせ
て表3に示す。
実施例12 実施例3で得られた末端硅素PVAを用いて、レイタン
スのおるモルタルに対する表面処理試験を実施例1】と
同様にして行なった。結果を合わせて表3に示す。
比較例12〜14 比較例1.4.5で得られたPVAを用いて、レイタン
、スのあるモルタルへの表面処理試験を実施例1】と同
様にして行なった。結果を表3に合わせて示すっ 表   3 表3より、本発明の末端硅素PVAよりなる表面処理剤
は、レイタンスのあるモルタルに対して適度の浸透性を
有し、耐摩耗性に優れ、かつ乾燥時および湿潤時におけ
る接着性が著しく優れていることがわかる。
実施例13 実施例2で得られた末端硅素PVAの5%水溶液を発泡
軽景コンク’、I−ト板(以後A、LCと略記する)上
に乾燥固形分が20 !/ratとなるように塗布し、
2時間室内に放置した。その後該塗布面に固形分濃度5
0%の酢酸ビニル樹脂系エマルジョンをウェット塗布量
約120y屑塗布した後、室内に7日間放置乾燥した。
この試験片を屋外で春季より6ケ月間暴露した後、カッ
ターナイフで塗面に基盤目状の切れ目を入れ、ガムテー
プを接着したのちはがして、基材−表面処理剤−上塗り
塗膜の各境界での付着性を測定した。その結果およびそ
の也の試験結果を表4に示す。
実施例14〜I6 表4に示す如き末端硅素PVAからなる表面処理剤及び
無機質材料を用いて実施例13と同様な試@を行なった
。結果を合わせて表4に示す。
比較例】5及び16 表4に示す如き末端に硅素を有し7ないPVAからなる
表面処理剤及び無機質材料を用いて実施例13と同様な
試験を行なった。結果を合わせて表4に示す。
表4よυ本発明の末端硅素PVAからなる表面処理剤は
無機質材料と上塗り塗料との付着性に優れ、耐水性、耐
アルカリ性に優れることが明らかである。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)下記〔 I 〕式で示されるシリル基を、加水分解
    した反応性の硅素基を分子末端に含有するポリビニルア
    ルコール系重合体よりなることを特徴とする多孔性無機
    質材料用表面処理剤。 ▲数式、化学式、表等があります▼〔 I 〕 〔ただし、R^1は炭素数1〜20の炭化水素基、R^
    2は炭素数1〜20のアルコキシ基、フェノキシ基、ア
    ルキルフェノキシ基またはアシロキシ基(ここでアルコ
    キシ基、フェノキシ基、アルキルフェノキシ基、アシロ
    キシ基は酸素を含有する置換基を有していても良い。)
    より選ばれる基、nは3〜1の整数である。〕
  2. (2)末端に反応性の硅素基を含有するポリビニルアル
    コール系重合体が重合度50以上の重合体である特許請
    求の範囲第1項記載の多孔性無機質材料用表面処理剤。
  3. (3)〔 I 〕式のシリル基のnが2以上である特許請
    求の範囲第1項記載の多孔性無機質材料用表面処理剤。
JP20684884A 1984-10-01 1984-10-01 多孔性無機質材料用表面処理剤 Granted JPS6183690A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG83217A1 (en) * 1999-08-06 2001-09-18 Kuraray Co Production process for polymers with hydroxyl groups and polymers obtained by the production process

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