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JP2015166428A - Aqueous emulsion, method for producing the same, and aqueous coating agent film using the same - Google Patents

Aqueous emulsion, method for producing the same, and aqueous coating agent film using the same Download PDF

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JP2015166428A JP2014041390A JP2014041390A JP2015166428A JP 2015166428 A JP2015166428 A JP 2015166428A JP 2014041390 A JP2014041390 A JP 2014041390A JP 2014041390 A JP2014041390 A JP 2014041390A JP 2015166428 A JP2015166428 A JP 2015166428A
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慎吾 田嶋
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aqueous emulsion that can form a coating film having sufficient film formability and coating film characteristics and, particularly, can form a coating film excellent in adhesion to an exterior wall of a building and a ceramic-based siding board.SOLUTION: The aqueous emulsion includes an aqueous polymer particle having a core-shell structure. The aqueous emulsion is composed of: an aqueous polymer particle having a core-shell structure of a shell layer comprising an aqueous polymer A including (a1) an ethylenically unsaturated monomer containing no carboxyl group and (a2) an ethylenically unsaturated monomer containing a carboxyl group, having a carboxyl group derived from the monomer (a2) neutralized, having a predetermined Tg and having a predetermined weight average molecular weight; and a core layer comprising an aqueous polymer B including (b1) an ethylenically unsaturated monomer containing no carboxyl group and having a predetermined Tg so as to satisfy a mass ratio of the polymer A and the polymer B of 0.5/99.5 to 99.5/0.5, (1) Tg of the polymer B≥Tg of the polymer A, and (2) Tg of the particle≥MFT of the particle.

Description

本発明は、水性エマルション、その製造方法及びこれを用いた水性コーティング剤フィルムに関する。さらに詳しくは、製造時安定性、造膜性及び塗膜特性(特に、密着性、耐水性、耐温水性、耐透水性)に優れた水性エマルション、その製造方法及びこれを用いた水性コーティング剤フィルムに関する。   The present invention relates to an aqueous emulsion, a method for producing the same, and an aqueous coating agent film using the same. More specifically, an aqueous emulsion excellent in production stability, film-forming properties and coating film properties (particularly adhesion, water resistance, warm water resistance, water permeability resistance), a method for producing the same, and an aqueous coating agent using the same Related to film.

近年、環境保全や安全性などの観点から、VOC(揮発性有機化合物)を低減する動きが高まっており、塗料においても、従来の溶剤系から水性のものへの移行がなされてきている。しかしながら、従来の水性エマルションを用いた水性塗料は、造膜性や塗膜特性(耐水性・耐温水性・耐透水性・耐透湿性・密着性・耐ブロッキング性・耐候性・耐凍害性)等が不十分であった。   In recent years, from the viewpoints of environmental protection and safety, there has been an increase in the movement of reducing VOC (volatile organic compounds), and paints have been shifted from conventional solvent systems to water-based ones. However, conventional water-based paints using water-based emulsions have film-forming properties and coating properties (water resistance, warm water resistance, water permeability, moisture resistance, adhesion, blocking resistance, weather resistance, and frost damage resistance). Etc. were insufficient.

上記の問題点を解決する塗料として、例えば、コア−シェル構造を有するアルコキシシラン基含有エマルションであって、コア部に比べてシェル部のガラス転移温度を高くしたエマルションを含有する水性塗料が提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。また、疎水性微粒子とともに、アクリル酸エステルおよびカルボキシル基含有不飽和単量体を共重合した後、アルカリ中和することで水媒体への溶解を可能にした(可溶化を実現した)水溶性樹脂(高分子乳化剤)を含有するエマルションが提案されている(例えば、特許文献3参照)。   As a paint for solving the above problems, for example, an aqueous paint containing an alkoxysilane group-containing emulsion having a core-shell structure and having a glass transition temperature of the shell portion higher than that of the core portion has been proposed. (For example, see Patent Documents 1 and 2). In addition, water-soluble resin that can be dissolved in water medium (realized solubilization) by copolymerizing acrylic ester and carboxyl group-containing unsaturated monomer together with hydrophobic fine particles and then neutralizing with alkali An emulsion containing (polymer emulsifier) has been proposed (see, for example, Patent Document 3).

しかしながら、上記した技術には、下記のような問題があった。すなわち、特許文献1及び2で提案されたものは、耐ブロッキング性や耐汚染性は改善されるものの、その最低造膜温度が高くなるため、造膜性が低下し、形成された塗膜も硬く脆弱となり、耐透水性や耐凍害性等も低下する。そのため、十分な塗膜特性を得るには大量の有機溶剤が必要となり、環境保全や安全性の点で問題がある。特許文献3で提案されたものは、特に無機質建材等の下地基材への含浸密着性は優れるものの、低分子である水溶性樹脂を使用しているため、耐水性に問題があり、また耐透水性も目標レベルまでには到達していない。   However, the above technique has the following problems. In other words, although those proposed in Patent Documents 1 and 2 are improved in blocking resistance and stain resistance, the minimum film forming temperature is increased, so that the film forming property is lowered and the formed coating film is also used. It becomes hard and brittle, and the water resistance, frost damage resistance and the like are also reduced. Therefore, a large amount of organic solvent is required to obtain sufficient coating properties, and there are problems in terms of environmental protection and safety. Although what was proposed by patent document 3 is excellent in the impregnation adhesiveness to foundation | substrate base materials, such as an inorganic building material, since it uses the water-soluble resin which is a low molecule, there exists a problem in water resistance, and also it is resistant. Permeability has not reached the target level.

水性塗料の造膜は、水性塗料中に含まれる水性重合体粒子の凝集、融合により行われるため、使用環境や乾燥温度に対応し造膜性を制御する必要があり、具体的には、水性重合体粒子の最低造膜温度(以下、MFTと記載)を制御する必要がある。MFTとは、水性重合体粒子を含むエマルションが水の蒸発に伴って変形して塗膜を形成するために必要な温度を意味し、おおよそ水性重合体粒子のガラス転移温度(以下、Tgと記載)に相当するものである。一般に、MFTが低い方が低温でも造膜するため、塗工する際に扱いやすいが、Tgの低い水性重合体粒子を含む水性エマルションは、塗膜のTgが低くなり、耐ブロッキング性や耐汚染性といった十分な塗膜特性を得ることができない。そのため、造膜性と塗膜特性を両立させ得る水性塗料の開発が求められていた。   Since film formation of water-based paint is performed by agglomeration and fusion of aqueous polymer particles contained in water-based paint, it is necessary to control the film-forming property corresponding to the use environment and drying temperature. It is necessary to control the minimum film-forming temperature (hereinafter referred to as MFT) of the polymer particles. MFT means the temperature required for an emulsion containing aqueous polymer particles to deform as the water evaporates to form a coating film, and is approximately the glass transition temperature of the aqueous polymer particles (hereinafter referred to as Tg). ). In general, a lower MFT forms a film even at a lower temperature, so it is easier to handle at the time of coating, but an aqueous emulsion containing aqueous polymer particles having a low Tg has a lower Tg of the coating film, and has a blocking resistance and contamination resistance. It is not possible to obtain sufficient coating properties such as properties. For this reason, there has been a demand for the development of water-based paints that can achieve both film-forming properties and coating film properties.

造膜性と塗膜特性を両立させ得る水性塗料として、Tgが50℃以上の高Tg成分とガラス転移温度が40℃以下の低Tg成分からなる水性樹脂分散体であって、MFTが重合性単量体の計算Tgより10℃以上低いことを特徴とする水性樹脂分散体が提案されている(例えば、特許文献4参照)。しかしながら、特許文献4で提案されたものは、MFTを低くすることで僅かながら造膜性は向上するものの、耐透水性・耐透湿性は特には向上しないため、実用化するには必ずしも十分ではなかった。   An aqueous resin dispersion comprising a high Tg component having a Tg of 50 ° C. or higher and a low Tg component having a glass transition temperature of 40 ° C. or lower as a water-based paint capable of achieving both film-forming properties and coating properties, and MFT is polymerizable. An aqueous resin dispersion characterized by being 10 ° C. or more lower than the calculated Tg of the monomer has been proposed (see, for example, Patent Document 4). However, although the film-forming property is slightly improved by lowering the MFT, the one proposed in Patent Document 4 is not necessarily sufficient for practical use because the water permeability / moisture resistance is not particularly improved. There wasn't.

特開2002−69365号公報JP 2002-69365 A 特開2008−101140号公報JP 2008-101140 A 特開2006−241427号公報JP 2006-241427 A 特開2008−63567号公報JP 2008-63567 A

従って、本発明の目的は、優れた造膜性と塗膜特性(特に、密着性、耐水性、耐温水性、耐透水性)を備えた塗膜として形成されることが可能な水性エマルションであって、特に、建物の外装壁面や窯業系サイディングボードへの密着性、耐透水性に優れた塗膜として形成されることが可能な水性エマルションを提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is an aqueous emulsion that can be formed as a coating film having excellent film forming properties and coating film properties (particularly adhesion, water resistance, warm water resistance, and water permeability resistance). In particular, it is to provide an aqueous emulsion that can be formed as a coating film excellent in adhesion and water permeability resistance to an exterior wall surface of a building and a ceramic siding board.

上記目的を達成するため、本発明によって以下の水性エマルション、その製造方法及びこれを用いた水性コーティング剤フィルムが提供される。
[1]水系分散媒に、水性重合体粒子を乳化・分散させてなる水性エマルションであって、前記水性重合体粒子は、2段以上の乳化重合反応により得られるコア−シェル構造を有し、前記コア−シェル構造は、水性重合体Aからなるシェル層及び水性重合体Bからなるコア層から構成され、前記シェル層を構成する前記水性重合体Aは、構成成分としてカルボキシル基非含有エチレン性不飽和単量体(a1)を80.0〜99.5質量%及びカルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a2)を0.5〜20.0質量%含むとともに、前記カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a2)由来のカルボキシル基が重合段階において中和されてなり、且つガラス転移温度が−40℃〜80℃で、且つ、重量平均分子量が50,000以上であり、前記コア層を構成する前記水性重合体Bは、構成成分としてカルボキシル基非含有エチレン性不飽和単量体(b1)を含み、且つガラス転移温度が0℃〜120℃であり、前記水性重合体Aと前記水性重合体Bとの質量比(水性重合体A/水性重合体B)は、0.5/99.5〜99.5/0.5であり(但し、前記乳化重合反応が3段以上である場合、前記水性重合体Bの質量とは前記コア層を構成する水性重合体の合計質量を意味する)、且つ、下記条件(1)〜(2)を満たすことを特徴とする水性エマルション。
(1)前記コア層を形成する前記水性重合体Bのガラス転移温度≧前記シェル層を構成する前記水性重合体Aのガラス転移温度
(2)前記水性重合体粒子のガラス転移温度≧前記水性重合体粒子の最低造膜温度(但し、前記水性重合体粒子中には造膜助剤を含まない場合)
In order to achieve the above object, the present invention provides the following aqueous emulsion, a production method thereof, and an aqueous coating agent film using the same.
[1] An aqueous emulsion obtained by emulsifying and dispersing aqueous polymer particles in an aqueous dispersion medium, wherein the aqueous polymer particles have a core-shell structure obtained by two or more emulsion polymerization reactions, The core-shell structure is composed of a shell layer made of an aqueous polymer A and a core layer made of an aqueous polymer B, and the aqueous polymer A constituting the shell layer is a non-carboxylized ethylenic component as a constituent component. While containing 80.0-99.5 mass% of unsaturated monomers (a1) and 0.5-20.0 mass% of carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomers (a2), the carboxyl group-containing ethylene The carboxyl group derived from the polymerizable unsaturated monomer (a2) is neutralized in the polymerization stage, has a glass transition temperature of −40 ° C. to 80 ° C., and has a weight average molecular weight of 50,000 or more. The aqueous polymer B constituting the core layer contains a carboxyl group-free ethylenically unsaturated monomer (b1) as a constituent component, and has a glass transition temperature of 0 ° C. to 120 ° C. The mass ratio of the polymer A and the aqueous polymer B (aqueous polymer A / aqueous polymer B) is 0.5 / 99.5 to 99.5 / 0.5 (however, the emulsion polymerization reaction) Is 3 stages or more, the mass of the aqueous polymer B means the total mass of the aqueous polymer constituting the core layer) and satisfies the following conditions (1) to (2): An aqueous emulsion.
(1) Glass transition temperature of the aqueous polymer B forming the core layer ≧ glass transition temperature of the aqueous polymer A constituting the shell layer (2) Glass transition temperature of the aqueous polymer particles ≧ the aqueous weight Minimum film-forming temperature of coalesced particles (provided that the film-forming aid is not included in the aqueous polymer particles)

[2]カルボキシル基非含有エチレン性不飽和単量体(a1)は、アルキル基の炭素数が1〜12である(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体(環状アルキルエステルも含む)、ビニル基含有単量体、水酸基含有不飽和単量体、アミド基含有不飽和単量体、アルコキシシリル基含有不飽和単量体、及びピペリジル基含有不飽和単量体からなる群から選ばれる1種以上の単量体である[1]に記載の水性エマルション。
[3]カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a2)は、(メタ)アクリル酸、無水マレイン酸、及びイタコン酸からなる群から選ばれる1種以上の単量体である[1]又は[2]に記載の水性エマルション。
[4]形成された塗膜の透水量が1,500(ml/m2・24h)未満である[1]〜[3]に記載の水性エマルション。
[2] The carboxyl group-free ethylenically unsaturated monomer (a1) is a (meth) acrylic acid alkyl ester monomer (including a cyclic alkyl ester) whose alkyl group has 1 to 12 carbon atoms, a vinyl group One or more selected from the group consisting of a monomer containing a monomer, a hydroxyl group-containing unsaturated monomer, an amide group-containing unsaturated monomer, an alkoxysilyl group-containing unsaturated monomer, and a piperidyl group-containing unsaturated monomer The aqueous emulsion according to [1], which is a monomer of
[3] The carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer (a2) is one or more monomers selected from the group consisting of (meth) acrylic acid, maleic anhydride, and itaconic acid [1] or The aqueous emulsion according to [2].
[4] The aqueous emulsion according to [1] to [3], wherein the water permeability of the formed coating film is less than 1,500 (ml / m 2 · 24 h).

[5]2段以上の乳化重合反応によって、水系分散媒にコア−シェル構造を有する水性重合体粒子が乳化・分散された水性エマルションを得る水性エマルションの製造方法であって、1段目の乳化重合反応として、水系分散媒中で、カルボキシル基非含有エチレン性不飽和単量体(a1)を80.0〜99.5質量%及びカルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a2)を0.5〜20.0質量%含む単量体の混合物を乳化重合反応させるとともに、前記1段目の乳化重合反応中、及び/又は前記1段目の乳化重合反応後に、塩基性化合物によって前記カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a2)由来のカルボキシル基を中和させることによって、前記水性重合体粒子の前記コア−シェル構造のシェル層を構成する水性重合体Aを得る工程と、2段目の乳化重合反応として、前記シェル層を構成する前記水性重合体Aの存在下、カルボキシル基非含有エチレン性不飽和単量体(b1)を含む単量体の混合物を乳化重合反応させて、前記水性重合体粒子の前記コア−シェル構造のコア層を構成する水性重合体Bを得る工程と、必要に応じて、3段目以降の乳化重合反応として、前記2段目の乳化重合反応を繰り返して、前記水性重合体粒子の前記コア−シェル構造の3段目以降のコア層を構成する水性重合体を得る工程と、を含み、前記1段目の乳化重合反応により得られる前記シェル層を構成する前記水性重合体Aは、そのガラス転移温度が−40℃〜80℃で、且つ、その重量平均分子量が50,000以上であって、前記カルボキシル基の中和後に可溶化されずに乳白色エマルションを形成するものであり、前記2段目以降の乳化重合反応により得られる前記水性重合体Bは、いずれも、そのガラス転移温度が0℃〜120℃であり、前記水性重合体Aと前記水性重合体Bとの質量比(水性重合体A/水性重合体B)は、0.5/99.5〜99.5/0.5であり(但し、前記乳化重合反応が3段以上である場合、前記水性重合体Bの質量とは前記コア層を構成する水性重合体の合計質量を意味する)、且つ下記条件(1)〜(2)を満たすことを特徴とする水性エマルションの製造方法。
(1)前記コア層を形成する前記水性重合体Bのガラス転移温度≧前記シェル層を構成する前記水性重合体Aのガラス転移温度
(2)前記水性重合体粒子のガラス転移温度≧前記水性重合体粒子の最低造膜温度(但し、前記水性重合体粒子中には造膜助剤を含まない場合)
[5] A method for producing an aqueous emulsion in which an aqueous emulsion in which aqueous polymer particles having a core-shell structure are emulsified and dispersed in an aqueous dispersion medium is obtained by an emulsion polymerization reaction of two or more stages. As a polymerization reaction, 80.0 to 99.5% by mass of the carboxyl group-free ethylenically unsaturated monomer (a1) and 0% of the carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer (a2) are contained in the aqueous dispersion medium. The mixture of monomers containing 5 to 20.0% by mass is subjected to an emulsion polymerization reaction, and during the first emulsion polymerization reaction and / or after the first emulsion polymerization reaction, the carboxyl is added by a basic compound. Aqueous polymer A constituting the shell layer of the core-shell structure of the aqueous polymer particles by neutralizing the carboxyl group derived from the group-containing ethylenically unsaturated monomer (a2) And a mixture of monomers containing a carboxyl group-free ethylenically unsaturated monomer (b1) in the presence of the aqueous polymer A constituting the shell layer as a second stage emulsion polymerization reaction. A step of obtaining an aqueous polymer B constituting the core layer of the core-shell structure of the aqueous polymer particles by carrying out an emulsion polymerization reaction, and an emulsion polymerization reaction after the third step, if necessary, Repeating the emulsion polymerization reaction of the eye to obtain an aqueous polymer constituting the third and subsequent core layers of the core-shell structure of the aqueous polymer particles, the emulsion polymerization reaction of the first stage The aqueous polymer A constituting the shell layer obtained by the method has a glass transition temperature of −40 ° C. to 80 ° C., a weight average molecular weight of 50,000 or more, and neutralization of the carboxyl group Without being solubilized later The aqueous polymer B that forms a white emulsion and is obtained by the emulsion polymerization reaction after the second stage has a glass transition temperature of 0 ° C. to 120 ° C., and the aqueous polymer A The mass ratio with respect to the aqueous polymer B (aqueous polymer A / aqueous polymer B) is 0.5 / 99.5 to 99.5 / 0.5 (provided that the emulsion polymerization reaction is three or more stages). The mass of the aqueous polymer B means the total mass of the aqueous polymer constituting the core layer) and the following conditions (1) to (2) are satisfied: Production method.
(1) Glass transition temperature of the aqueous polymer B forming the core layer ≧ glass transition temperature of the aqueous polymer A constituting the shell layer (2) Glass transition temperature of the aqueous polymer particles ≧ the aqueous weight Minimum film-forming temperature of coalesced particles (provided that the film-forming aid is not included in the aqueous polymer particles)

[6]さらに、条件(3)前記シェル層を構成する前記水性重合体Aのカルボキシル基を中和した後のpHが5.0〜10.0であり、且つ中和後の吸光度が中和前の吸光度に対して99.5〜40%の比率であること、を満たす[5]に記載の水性エマルションの製造方法。
[7]カルボキシル基非含有エチレン性不飽和単量体(a1)は、アルキル基の炭素数が1〜12である(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体(環状アルキルエステルも含む)、ビニル基含有単量体、水酸基含有不飽和単量体、アミド基含有不飽和単量体、アルコキシシリル基含有不飽和単量体、及びピペリジル基含有不飽和単量体からなる群から選ばれる1種以上の単量体である[5]又は[6]に記載の水性エマルションの製造方法。
[8]カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a2)は、(メタ)アクリル酸、無水マレイン酸、及びイタコン酸からなる群から選ばれる1種以上の単量体である[5]〜[7]のいずれか1つに記載の水性エマルションの製造方法。
[9]塩基性化合物は、アミン系化合物(アミノアルコール及びアンモニアを含む)、水酸化ナトリウム、並びに水酸化カリウムからなる群から選ばれる1種以上の化合物である[5]〜[8]のいずれか1つに記載の水性エマルションの製造方法。
[6] Furthermore, condition (3) the pH after neutralizing the carboxyl group of the aqueous polymer A constituting the shell layer is 5.0 to 10.0, and the absorbance after neutralization is neutralized. The method for producing an aqueous emulsion according to [5], wherein the ratio is 99.5 to 40% of the previous absorbance.
[7] The carboxyl group-free ethylenically unsaturated monomer (a1) is a (meth) acrylic acid alkyl ester monomer (including a cyclic alkyl ester) whose alkyl group has 1 to 12 carbon atoms, a vinyl group One or more selected from the group consisting of a monomer containing a monomer, a hydroxyl group-containing unsaturated monomer, an amide group-containing unsaturated monomer, an alkoxysilyl group-containing unsaturated monomer, and a piperidyl group-containing unsaturated monomer The method for producing an aqueous emulsion according to [5] or [6], wherein
[8] The carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer (a2) is one or more monomers selected from the group consisting of (meth) acrylic acid, maleic anhydride, and itaconic acid. [7] The method for producing an aqueous emulsion according to any one of [7].
[9] The basic compound is any one of [5] to [8], which is one or more compounds selected from the group consisting of amine compounds (including amino alcohol and ammonia), sodium hydroxide, and potassium hydroxide. The manufacturing method of the aqueous emulsion as described in any one.

[10][1]〜[4]のいずれか1つに記載の水性エマルション、又は[5]〜[9]のいずれかに1つ記載の水性エマルションの製造方法により得られた水性エマルションを用いて形成された、そのフィルムの透水量が、1,500(ml/m2・24h)未満であることを特徴とする水性コーティング剤フィルム。 [10] Using the aqueous emulsion according to any one of [1] to [4] or the aqueous emulsion obtained by the method for producing an aqueous emulsion according to any one of [5] to [9] An aqueous coating agent film, wherein the film has a water permeability of less than 1,500 (ml / m 2 · 24 h).

本発明によれば、優れた造膜性と塗膜特性(特に、密着性、耐水性、耐温水性、耐透水性)を備えた塗膜として形成されることが可能な水性エマルションであって、特に、建物の外装壁面や窯業系サイディングボードへの密着性に優れた塗膜として形成されることが可能な水性エマルションを提供することができる。   According to the present invention, an aqueous emulsion that can be formed as a coating film having excellent film-forming properties and coating film properties (particularly adhesion, water resistance, warm water resistance, water permeability resistance) In particular, it is possible to provide an aqueous emulsion that can be formed as a coating film having excellent adhesion to an exterior wall surface of a building or a ceramic siding board.

実施例及び比較例で得られた水性エマルションの、Tgに対するMFT(℃)の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship of MFT (degreeC) with respect to Tg of the water-based emulsion obtained by the Example and the comparative example.

以下、本発明の水性エマルション及びその製造方法を、その実施の形態によってさらに詳しく説明する。なお、本発明の特許請求の範囲および明細書における「(メタ)アクリル」という用語は、「アクリル」および「メタクリル」の双方を意味し、また、「(メタ)アクリレート」という用語は、「アクリレート」および「メタクリレート」の双方を意味する。   Hereinafter, the aqueous emulsion and the method for producing the same according to the present invention will be described in more detail with reference to embodiments thereof. The term “(meth) acryl” in the claims and the specification of the present invention means both “acryl” and “methacryl”, and the term “(meth) acrylate” ”And“ methacrylate ”.

I.水性エマルション
本実施の形態の水性エマルションは、水系分散媒に、水性重合体粒子を乳化・分散させてなる水性エマルションであって、上記水性重合体粒子は、2段以上の乳化重合反応により得られるコア−シェル構造を有し、上記コア−シェル構造は、水性重合体Aからなるシェル層及び水性重合体Bからなるコア層から構成されることを特徴とする。そして、上記シェル層を構成する水性重合体Aは、構成成分としてカルボキシル基非含有エチレン性不飽和単量体(a1)を80.0〜99.5質量%及びカルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a2)を0.5〜20.0質量%含むとともに、カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a2)由来のカルボキシル基が中和されてなり、ガラス転移温度が−40℃〜80℃で、且つ、重量平均分子量が50,000以上であることを特徴とする。そして、上記コア層を構成する水性重合体Bは、構成成分としてカルボキシル基非含有エチレン性不飽和単量体(b1)を含み、且つガラス転移温度が0℃〜120℃であることを特徴とする。上記したコア−シェル構造を有する水性重合体粒子は、シェル層を構成する水性重合体Aとコア層を構成する水性重合体Bとの質量比(水性重合体A/水性重合体B)が、0.5/99.5〜99.5/0.5であり(但し、乳化重合反応が3段以上である場合、水性重合体Bの質量とはコア層を構成する水性重合体の合計質量を意味する)、且つ下記条件(1)〜(2)を満たすことを特徴とする。
(1)コア層を形成する水性重合体Bのガラス転移温度≧シェル層を構成する水性重合体Aのガラス転移温度
(2)水性重合体粒子のガラス転移温度≧水性重合体粒子の最低造膜温度(但し、水性重合体粒子中には造膜助剤を含まない場合)
以下、本実施の形態の水性エマルションの、各構成成分、特性及び用途について具体的に説明する。
I. Aqueous emulsion The aqueous emulsion of the present embodiment is an aqueous emulsion obtained by emulsifying and dispersing aqueous polymer particles in an aqueous dispersion medium, and the aqueous polymer particles are obtained by an emulsion polymerization reaction of two or more stages. It has a core-shell structure, and the core-shell structure is composed of a shell layer made of an aqueous polymer A and a core layer made of an aqueous polymer B. And the aqueous polymer A which comprises the said shell layer is 80.0-99.5 mass% of carboxyl group-free ethylenically unsaturated monomers (a1) as a structural component, and a carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer. While containing 0.5 to 20.0 mass% of the monomer (a2), the carboxyl group derived from the carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer (a2) is neutralized, and the glass transition temperature is −40 ° C. to It is characterized by being 80 ° C. and having a weight average molecular weight of 50,000 or more. And the aqueous polymer B which comprises the said core layer contains a carboxyl group non-containing ethylenically unsaturated monomer (b1) as a structural component, and glass transition temperature is 0 to 120 degreeC, It is characterized by the above-mentioned. To do. The aqueous polymer particles having the core-shell structure described above have a mass ratio (aqueous polymer A / aqueous polymer B) between the aqueous polymer A constituting the shell layer and the aqueous polymer B constituting the core layer. 0.5 / 99.5 to 99.5 / 0.5 (however, when the emulsion polymerization reaction is three or more stages, the mass of the aqueous polymer B is the total mass of the aqueous polymer constituting the core layer) And the following conditions (1) to (2) are satisfied.
(1) Glass transition temperature of aqueous polymer B forming the core layer ≧ glass transition temperature of aqueous polymer A constituting the shell layer (2) Glass transition temperature of aqueous polymer particles ≧ minimum film formation of aqueous polymer particles Temperature (however, when water-soluble polymer particles do not contain a film-forming aid)
Hereinafter, each component, characteristic, and use of the aqueous emulsion of the present embodiment will be specifically described.

[1.水性重合体粒子]
本実施の形態の水性重合体粒子は、2段以上の乳化重合反応により得られるコア−シェル構造を有することを特徴とする。そして、上記コア−シェル構造は、後述する水性重合体Aからなるシェル層及び後述する水性重合体Bからなるコア層から構成されることを特徴とする。本実施の形態の水性重合体粒子が特定のコア−シェル構造を有すると、本実施の形態の水性エマルションによって形成された塗膜は、耐水性、耐温水性、耐透水性、耐透湿性、密着性、耐ブロッキング性、耐候性、耐凍害性といった塗膜特性や造膜性に優れ、なかでも特に、密着性、耐水性、耐温水性、耐透水性に優れたものとなる。その理由の詳細については、後述する。
[1. Aqueous polymer particles]
The aqueous polymer particles of the present embodiment are characterized by having a core-shell structure obtained by an emulsion polymerization reaction of two or more stages. And the said core-shell structure is comprised from the shell layer which consists of the aqueous polymer A mentioned later, and the core layer which consists of the aqueous polymer B mentioned later, It is characterized by the above-mentioned. When the aqueous polymer particles of the present embodiment have a specific core-shell structure, the coating film formed by the aqueous emulsion of the present embodiment has a water resistance, a warm water resistance, a water resistance, a moisture resistance, It has excellent coating properties such as adhesion, blocking resistance, weather resistance, and frost damage resistance, and film-forming properties, and in particular, has excellent adhesion, water resistance, warm water resistance, and water permeability resistance. Details of the reason will be described later.

(シェル層を構成する水性重合体A)
シェル層を構成する水性重合体Aは、構成成分としてカルボキシル基非含有エチレン性不飽和単量体(a1)を80.0〜99.5質量%及びカルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a2)を0.5〜20.0質量%含むことが必要である。水性重合体A中のカルボキシル基非含有エチレン性不飽和単量体(a1)の含有割合が99.5質量%を超えると、後述するコア層を構成する水性重合体Bを重合する際の重合液の安定性が低下し、得られる水性エマルション中に水性重合体粒子の凝集物が生じる。一方、水性重合体A中のカルボキシル基非含有エチレン性不飽和単量体(a1)の含有割合が80.0質量%未満であると、最終的に得られる水性エマルションによって形成される塗膜の耐水性が低下する。また、水性重合体A中の上記カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a2)の含有割合が0.5質量%未満であると、コア層を構成する水性重合体Bを重合する際の重合液の安定性が低下し、充分な製造安定性を得ることができないだけでなく、得られる水性エマルション中に重合体粒子の凝集物が生じる。一方、上記カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a2)の含有割合が20.0質量%より多い場合には、最終的に得られる水性エマルションによって形成される塗膜の耐水性や耐温水性が低下する。
(Aqueous polymer A constituting shell layer)
The aqueous polymer A constituting the shell layer comprises 80.0 to 99.5% by mass of a carboxyl group-free ethylenically unsaturated monomer (a1) as a constituent component and a carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer ( It is necessary to contain 0.5-20.0 mass% of a2). When the content ratio of the carboxyl group-free ethylenically unsaturated monomer (a1) in the aqueous polymer A exceeds 99.5% by mass, polymerization when the aqueous polymer B constituting the core layer described later is polymerized The stability of the liquid decreases, and aggregates of aqueous polymer particles are formed in the resulting aqueous emulsion. On the other hand, when the content ratio of the carboxyl group-free ethylenically unsaturated monomer (a1) in the aqueous polymer A is less than 80.0% by mass, the coating film formed by the finally obtained aqueous emulsion Water resistance decreases. When the content of the carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer (a2) in the aqueous polymer A is less than 0.5% by mass, the aqueous polymer B constituting the core layer is polymerized. Not only does the stability of the polymerization solution decrease and sufficient production stability cannot be obtained, but aggregates of polymer particles are produced in the resulting aqueous emulsion. On the other hand, when the content ratio of the carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer (a2) is more than 20.0% by mass, water resistance and hot water resistance of the coating film formed by the finally obtained aqueous emulsion Sex is reduced.

上記カルボキシル基非含有エチレン性不飽和単量体(a1)としては、アルキル基の炭素数が1〜12である(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体(環状アルキルエステルも含む)、ビニル基含有単量体、水酸基含有不飽和単量体、アミド基含有不飽和単量体、アルコキシシリル基含有不飽和単量体、及ピペリジル基含有不飽和単量体からなる群から選ばれる1種以上の単量体であることが好ましい。アルキル基の炭素数が1〜12である(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体(環状アルキルエステルも含む)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−ブチル(メタ)アクリレート、i−ブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルへキシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレートなどを挙げることができ、ビニル基含有不飽和単量体としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン、t−メチルスチレン、クロルスチレン、ベンジルアクリレート、ビニルトルエン、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、酢酸ビニル、バーサチック酸ビニルなどを挙げることができ、水酸基含有不飽和単量体としては、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、グリセロール(メタ)モノアクリレートなどを挙げることができ、アミド基含有不飽和単量体としては、例えば、(メタ)アクリルアミド、N−メチル(メタ)アクリルアミド、N−n−ブチル(メタ)アクリルアミド、N−i−プロピル(メタ)アクリルアミド、N−t−ブチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、ジアセトン(メタ)アクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミドなどを挙げることができ、アルコキシシリル基含有不飽和単量体としては、例えば、ビニルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシランなどを挙げることができ、ピペリジル基含有不飽和単量体としては、例えば、1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジルメタクリレート、2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジルメタクリレートなどを挙げることができ、これらの群から選ばれる1種以上を用いることができる。   The carboxyl group-free ethylenically unsaturated monomer (a1) includes (meth) acrylic acid alkyl ester monomers (including cyclic alkyl esters) whose alkyl group has 1 to 12 carbon atoms, vinyl group-containing One or more selected from the group consisting of a monomer, a hydroxyl group-containing unsaturated monomer, an amide group-containing unsaturated monomer, an alkoxysilyl group-containing unsaturated monomer, and a piperidyl group-containing unsaturated monomer A monomer is preferred. Examples of (meth) acrylic acid alkyl ester monomers (including cyclic alkyl esters) having 1 to 12 carbon atoms in the alkyl group include, for example, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, and n-butyl (meth) ) Acrylate, i-butyl (meth) acrylate, t-butyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, stearyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, etc. Examples of vinyl group-containing unsaturated monomers include styrene, α-methyl styrene, p-methyl styrene, t-methyl styrene, chlorostyrene, benzyl acrylate, vinyl toluene, acrylonitrile, methacrylonitrile, vinyl acetate. , Versatic acid Examples of the hydroxyl group-containing unsaturated monomer include 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, and glycerol (meth) monoacrylate. Examples of the amide group-containing unsaturated monomer include (meth) acrylamide, N-methyl (meth) acrylamide, Nn-butyl (meth) acrylamide, Ni-propyl (meth) acrylamide, and Nt. -Butyl (meth) acrylamide, N, N-dimethyl (meth) acrylamide, diacetone (meth) acrylamide, N-methylol (meth) acrylamide and the like can be mentioned. Examples of the alkoxysilyl group-containing unsaturated monomer include , Vinyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyl Examples of the unsaturated monomer containing piperidyl group include 1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl methacrylate and 2,2,6,6-tetramethyl. -4-piperidyl methacrylate can be used, and one or more selected from these groups can be used.

上記カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a2)としては、例えば、(メタ)アクリル酸、無水マレイン酸、及びイタコン酸などを挙げることができ、これらの群から選ばれる1種以上を用いることができる。   Examples of the carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer (a2) include (meth) acrylic acid, maleic anhydride, itaconic acid, and the like, and one or more selected from these groups are used. be able to.

シェル層を構成する水性重合体Aは、カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a2)由来のカルボキシル基が、重合段階において、中和されていることが必要である。カルボキシル基が未中和であると粒子表面へのカルボン酸の配向が弱いため、本実施の形態の水性エマルションを用いて形成された塗膜は、十分な耐透水性や耐透湿性を得ることができない。   In the aqueous polymer A constituting the shell layer, the carboxyl group derived from the carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer (a2) needs to be neutralized in the polymerization stage. When the carboxyl group is unneutralized, the orientation of the carboxylic acid on the particle surface is weak, so the coating film formed using the aqueous emulsion of the present embodiment should have sufficient water resistance and moisture resistance. I can't.

上記カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a2)由来のカルボキシル基を中和する際に使用される化合物としては、従来から中和に用いられるものであれば問題なく使用することができるが、特に、塩基性化合物を用いることが好ましい。上記塩基性化合物としては、アミン系化合物[例えば、アンモニア、トリエチルアミン、トリメチルアミン、ブチルアミンなどのアルキルアミン類;2−ジメチルアミノエタノール、ジエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、アミノメチルプロパノールなどのアルコールアミン(アミノアルコール)類;モルホリン等]、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムなどを挙げることができる。   As a compound used when neutralizing the carboxyl group derived from the carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer (a2), any compound conventionally used for neutralization can be used without any problem. In particular, it is preferable to use a basic compound. Examples of the basic compound include amine compounds [eg, alkylamines such as ammonia, triethylamine, trimethylamine, and butylamine; alcohol amines such as 2-dimethylaminoethanol, diethanolamine, dimethylethanolamine, triethanolamine, and aminomethylpropanol ( Amino alcohols); morpholine and the like], sodium hydroxide and potassium hydroxide.

上記のようにして得られる水性重合体Aは、そのガラス転移温度が−40℃〜80℃であることが必要である。上記水性重合体Aのガラス転移温度が−40℃未満であると、水性重合体粒子表面が軟質過ぎるため耐ブロッキング性や耐汚染性に問題が生じ、一方、80℃を超えると、水性重合体粒子表面が硬質過ぎるために多量の造膜助剤量が必要となる上、凍害性にも問題が生じてしまう。   The aqueous polymer A obtained as described above needs to have a glass transition temperature of −40 ° C. to 80 ° C. If the glass transition temperature of the aqueous polymer A is less than −40 ° C., the surface of the aqueous polymer particles is too soft, causing problems in blocking resistance and stain resistance. On the other hand, if the glass transition temperature exceeds 80 ° C., the aqueous polymer Since the particle surface is too hard, a large amount of film-forming aid is required, and frost damage is also a problem.

また、上記のようにして得られる水性重合体Aは、通常、その重量平均分子量が50,000以上である。上記水性重合体Aの重量平均分子量が50,000未満であると、シェル層の耐水性が低下してしまい、得られる水性エマルションによって形成される塗膜の耐透水性や耐水性が低下することがある。   The aqueous polymer A obtained as described above usually has a weight average molecular weight of 50,000 or more. If the weight average molecular weight of the aqueous polymer A is less than 50,000, the water resistance of the shell layer is lowered, and the water permeability and water resistance of the coating film formed by the aqueous emulsion obtained are lowered. There is.

(コア層を構成する水性重合体B)
水性重合体Bは、本実施の形態の水性エマルションに含まれるコア−シェル構造を有する水性重合体粒子のコア層を構成するものである。上記コア層を構成する水性重合体Bは、構成成分としてカルボキシル基非含有エチレン性不飽和単量体(b1)を含むことが必要である。上記カルボキシル基非含有エチレン性不飽和単量体(b1)としては、水性重合体Aの構成成分であるカルボキシル基非含有エチレン性不飽和単量体(a1)と同様の化合物を挙げることができる。また、コア層を構成する水性重合体Bは、構成成分として、水性重合体Aの構成成分であるカルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a2)をさらに含むことができる。
(Aqueous polymer B constituting the core layer)
The aqueous polymer B constitutes the core layer of the aqueous polymer particles having a core-shell structure contained in the aqueous emulsion of the present embodiment. The aqueous polymer B constituting the core layer needs to contain a carboxyl group-free ethylenically unsaturated monomer (b1) as a constituent component. Examples of the carboxyl group-free ethylenically unsaturated monomer (b1) include the same compounds as the carboxyl group-free ethylenically unsaturated monomer (a1) that is a constituent of the aqueous polymer A. . Moreover, the aqueous polymer B which comprises a core layer can further contain the carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer (a2) which is a structural component of the aqueous polymer A as a structural component.

上記コア層を構成する水性重合体Bは、そのガラス転移温度が0℃〜120℃であることが必要である。コア層を構成する水性重合体Bのガラス転移温度が0℃未満であると、水性重合体粒子のトータルガラス転移温度が低くなり、耐ブロッキング性や耐汚染性に問題が生じ、一方、120℃を超えると、水性重合体粒子のガラス転移温度が部分的に高くなり過ぎてしまい、塗膜の脆弱性に問題が生じる。   The aqueous polymer B constituting the core layer needs to have a glass transition temperature of 0 ° C to 120 ° C. When the glass transition temperature of the aqueous polymer B constituting the core layer is less than 0 ° C., the total glass transition temperature of the aqueous polymer particles is lowered, causing problems in blocking resistance and contamination resistance, while on the other hand, 120 ° C. If it exceeds 1, the glass transition temperature of the aqueous polymer particles becomes partly too high, which causes a problem in the fragility of the coating film.

1段目の乳化重合反応により得られる水性重合体Aと2段目以降の乳化重合反応により得られる水性重合体Bの質量比は、(水性重合体A/水性重合体B)は、0.5/99.5〜99.5/0.5であることが必要である。但し、上記乳化重合反応が3段以上である場合、上記水性重合体Bの質量とは2段目以降の乳化重合反応により得られるコア層を構成する水性重合体の合計質量を意味する。1段目の乳化重合に使用する水性重合体Aの割合が99.5質量%を超えると、水性エマルションによって形成される塗膜の耐水性が低下する。一方、水性重合体Aの割合が0.5質量%未満であると、2段目以降の乳化重合反応の際に用いる水性重合体Aを含む乳化重合液の安定性が悪くなり、最終的に得られる水性エマルション中に水性重合体粒子の凝集物を生じやすくなり、また、水性エマルションによって形成される塗膜の強度が低下したり、造膜性不良による凍害性が低下する場合がある。   The mass ratio of the aqueous polymer A obtained by the first-stage emulsion polymerization reaction and the aqueous polymer B obtained by the second-stage and subsequent emulsion polymerization reaction is (aqueous polymer A / aqueous polymer B) is 0.00. It must be 5 / 99.5 to 99.5 / 0.5. However, when the emulsion polymerization reaction has three or more stages, the mass of the aqueous polymer B means the total mass of the aqueous polymer constituting the core layer obtained by the emulsion polymerization reaction after the second stage. When the ratio of the aqueous polymer A used for the first stage emulsion polymerization exceeds 99.5% by mass, the water resistance of the coating film formed by the aqueous emulsion is lowered. On the other hand, when the proportion of the aqueous polymer A is less than 0.5% by mass, the stability of the emulsion polymerization liquid containing the aqueous polymer A used in the emulsion polymerization reaction in the second and subsequent stages is deteriorated. In the resulting aqueous emulsion, agglomeration of aqueous polymer particles is likely to occur, and the strength of the coating film formed by the aqueous emulsion may be reduced, or frost damage due to poor film forming properties may be reduced.

(水性重合体粒子の物性)
上述した水性重合体Aからなるシェル層と水性重合体Bからなるコア層から構成されたコア−シェル構造を有する水性重合体粒子は、下記条件(1)〜(2)を満たすことが必要である。
(1)コア層を形成する水性重合体Bのガラス転移温度(Tg)≧シェル層を構成する水性重合体Aのガラス転移温度(Tg)
(2)水性重合体粒子のガラス転移温度(Tg)≧水性重合体粒子の最低造膜温度(MFT)(但し、水性重合体粒子中には造膜助剤を含まない場合)
(Physical properties of aqueous polymer particles)
The aqueous polymer particles having the core-shell structure composed of the shell layer made of the aqueous polymer A and the core layer made of the aqueous polymer B described above must satisfy the following conditions (1) to (2). is there.
(1) Glass transition temperature (Tg) of aqueous polymer B forming the core layer ≧ Glass transition temperature (Tg) of aqueous polymer A constituting the shell layer
(2) Glass transition temperature (Tg) of aqueous polymer particles ≧ minimum film forming temperature (MFT) of aqueous polymer particles (provided that the film forming aid is not included in the aqueous polymer particles)

水性エマルション中の水性重合体粒子が上記の要件を満たすことにより、本実施の形態の水性エマルションによって形成された塗膜は、優れた塗膜特性(特に、密着性・耐水性・耐温水性・耐透水性)を有するものとなる。その理由については、後述する。   When the aqueous polymer particles in the aqueous emulsion satisfy the above requirements, the coating film formed by the aqueous emulsion of the present embodiment has excellent coating properties (particularly adhesion, water resistance, warm water resistance, (Water permeability resistance). The reason will be described later.

[2.水系分散媒]
本実施の形態の水性エマルションは、水系分散媒に、上記した水性重合体粒子を乳化・分散させてなることを特徴とする。上記水系分散媒としては、例えば、水、水にアルコール(例えば、メタノール、エタノールなど)を混合した混合溶媒、アルコールやグリコールエーテル類などの水溶性溶剤を挙げることができ、これらの群から選ばれる1種以上を使用することができる。
[2. Aqueous dispersion medium]
The aqueous emulsion of the present embodiment is characterized in that the above-mentioned aqueous polymer particles are emulsified and dispersed in an aqueous dispersion medium. Examples of the aqueous dispersion medium include water, a mixed solvent obtained by mixing water with alcohol (for example, methanol, ethanol, etc.), and a water-soluble solvent such as alcohol and glycol ethers, and is selected from these groups. One or more can be used.

[3.乳化・分散]
また、本実施の形態の水性エマルションは、上記した水系分散媒に、上記した水性重合体粒子を乳化・分散させてなることを特徴とする。水性重合体粒子を乳化・分散させる方法としては、例えば、公知の乳化重合反応を挙げることができる。
[3. Emulsification / Dispersion]
Further, the aqueous emulsion of the present embodiment is characterized in that the above-mentioned aqueous polymer particles are emulsified and dispersed in the above-described aqueous dispersion medium. Examples of the method for emulsifying and dispersing the aqueous polymer particles include known emulsion polymerization reactions.

[4.その他の成分]
本実施の形態の範囲内であれば、1段目及び/又は2段目以降の乳化重合反応の際に界面活性剤や、重合開始剤を使用してもよい。界面活性剤としては、例えば、オレイン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、アルキルベンゼンスルホン酸塩、ラウリル硫酸アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、アルカンスルホン酸塩、ジアルキルスルホコハク酸塩、アルキルリン酸エステル塩、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキル硫酸エステル塩などを挙げることができ、これらの群から選ばれる1種以上を使用することができる。上記界面活性剤としては、分子中にラジカル重合性の不飽和基を1個以上有する反応性界面活性剤を含んでいてもよい。1段目及び/又は2段目の乳化重合時に使用する界面活性剤の使用割合は、水性重合体粒子を構成する全単量体100質量部に対して0.3〜15.0質量部であることが好ましい。その使用量が0.3質量部より少ない場合は、1段目及び/又は2段目の乳化重合時の重合液の安定性が低下したり、重合体粒子の凝集物が生じることがある。一方、その使用量が15.0質量部より多い場合は、得られた水性エマルションによって形成される塗膜の耐水性が低下することがある。
[4. Other ingredients]
Within the scope of the present embodiment, a surfactant or a polymerization initiator may be used in the emulsion polymerization reaction of the first stage and / or the second stage or later. Examples of the surfactant include sodium oleate, sodium lauryl sulfate, alkylbenzene sulfonate, alkyl lauryl sulfate benzene sulfonate, alkyl naphthalene sulfonate, alkane sulfonate, dialkyl sulfosuccinate, alkyl phosphate ester salt, Naphthalenesulfonic acid formalin condensate, polyoxyethylene alkyl phenyl ether sulfate ester salt, polyoxyethylene alkyl sulfate ester salt and the like can be mentioned, and one or more selected from these groups can be used. As said surfactant, the reactive surfactant which has 1 or more of radically polymerizable unsaturated groups in a molecule | numerator may be included. The use ratio of the surfactant used in the first and / or second emulsion polymerization is 0.3 to 15.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of all monomers constituting the aqueous polymer particles. Preferably there is. When the amount used is less than 0.3 parts by mass, the stability of the polymerization solution during the first and / or second emulsion polymerization may be reduced, or aggregates of polymer particles may be generated. On the other hand, when the usage-amount is more than 15.0 mass parts, the water resistance of the coating film formed with the obtained water-based emulsion may fall.

また、重合開始剤としては、ラジカル重合を開始する能力を有するものであれば特に制限はなく、例えば、水溶性重合開始剤、油溶性重合開始剤等を挙げることができる。具体的な水溶性重合開始剤としては、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、2,2−アゾビス(2−アミジノプロパン)ジヒドロクロリド等の従来既知の水溶性重合開始剤を挙げることができる。これらの水溶性重合開始剤は、熱分解系重合開始剤として単独で使用することもできるし、これらの水溶性重合開始剤や油溶性重合開始剤を酸化剤とし、これとともに種々の還元剤と組み合わせてレドックス系重合開始剤として使用することもできる。   The polymerization initiator is not particularly limited as long as it has the ability to initiate radical polymerization, and examples thereof include a water-soluble polymerization initiator and an oil-soluble polymerization initiator. Specific examples of the water-soluble polymerization initiator include conventionally known water-soluble polymerization initiators such as ammonium persulfate, potassium persulfate, sodium persulfate, and 2,2-azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride. . These water-soluble polymerization initiators can be used alone as thermal decomposition polymerization initiators, and these water-soluble polymerization initiators and oil-soluble polymerization initiators are used as oxidizing agents together with various reducing agents. It can also be used as a redox polymerization initiator in combination.

水溶性重合開始剤を熱分解系水溶性重合開始剤として単独で使用する場合、その使用量は、水性重合体粒子を構成する全単量体100質量部に対して0.01〜5.0質量部であることが好ましい。水溶性重合開始剤の使用量が0.01質量部より少ない場合は、1段目及び/又は2段目の乳化重合時に反応が完結せずに未反応の単量体(モノマー)が残留する可能性がある。一方、その使用量が5.0質量部より多い場合は、得られた本実施の形態の水性エマルションによって形成される塗膜の耐水性・耐温水性が低下することがある。   When the water-soluble polymerization initiator is used alone as a thermal decomposition-type water-soluble polymerization initiator, the amount used is 0.01 to 5.0 with respect to 100 parts by mass of all monomers constituting the aqueous polymer particles. It is preferable that it is a mass part. When the amount of the water-soluble polymerization initiator used is less than 0.01 parts by mass, the unreacted monomer (monomer) remains without completing the reaction during the first and / or second emulsion polymerization. there is a possibility. On the other hand, when the usage-amount is more than 5.0 mass parts, the water resistance / warm water resistance of the coating film formed with the obtained water-based emulsion of this Embodiment may fall.

一方、水溶性重合開始剤や油溶性開始剤を酸化剤とし、これとともに種々の還元剤を組み合わせて、レドックス系重合開始剤として使用することにより、乳化重合速度を促進したり、低温で乳化重合反応を行うことが容易になる。レドックス系重合開始剤として上記の重合開始剤と組み合わせて使用する還元剤としては、例えば、アスコルビン酸、酒石酸、クエン酸等の金属塩等の還元性有機化合物、チオ硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸ナトリウム等の還元性無機化合物等を挙げることができる。上記したレドックス系重合開始剤を構成する酸化剤及び還元剤は、水性重合体粒子を構成する全単量体100質量部に対して、それぞれ0.01〜5.0質量部、及び0.01〜5.0質量部であることが好ましい。なお、レドックス系重合開始剤を用いるレドックス系重合の場合、水溶性重合開始剤を熱分解系水溶性重合開始剤として用いる熱分解系重合に比べてより、高分子量の重合体(ポリマー)を生成することができるため、これにより得られる本実施の形態の水性エマルションを用いて形成された塗膜は、より優れた耐ブロッキング性、耐水性、耐温水性、耐透水性及び耐候性を示すものとなるため好ましい。   On the other hand, by using a water-soluble polymerization initiator or oil-soluble initiator as an oxidizing agent and combining it with various reducing agents, it can be used as a redox polymerization initiator to accelerate the emulsion polymerization rate or emulsion polymerization at a low temperature. It becomes easy to carry out the reaction. Examples of the reducing agent used in combination with the above polymerization initiator as a redox polymerization initiator include reducing organic compounds such as metal salts such as ascorbic acid, tartaric acid and citric acid, sodium thiosulfate, sodium sulfite, and bisulfite. A reducing inorganic compound such as sodium can be used. The oxidizing agent and the reducing agent constituting the redox polymerization initiator described above are each 0.01 to 5.0 parts by mass and 0.01 parts by mass with respect to 100 parts by mass of all monomers constituting the aqueous polymer particles. It is preferable that it is -5.0 mass parts. In the case of redox polymerization using a redox polymerization initiator, a higher molecular weight polymer (polymer) is produced compared to thermal decomposition polymerization using a water-soluble polymerization initiator as a thermal decomposition water-soluble polymerization initiator. Therefore, the coating film formed by using the aqueous emulsion of the present embodiment obtained thereby exhibits better blocking resistance, water resistance, warm water resistance, water permeability and weather resistance. This is preferable.

なお、上記した重合開始剤を用いて重合する際の重合温度は、各重合開始剤の分解温度以上とすることが好ましい。例えば、水溶性重合開始剤である過酸化物系重合開始剤では、通常70〜90℃とすればよく、また、上記したレドックス系重合開始剤の場合では、40〜90℃とすればよい。また、重合時間は特に制限されないが、通常2〜24時間とすればよい。   In addition, it is preferable that the polymerization temperature at the time of superposing | polymerizing using an above-described polymerization initiator shall be more than the decomposition temperature of each polymerization initiator. For example, in the case of a peroxide polymerization initiator that is a water-soluble polymerization initiator, the temperature may be usually 70 to 90 ° C., and in the case of the above-described redox polymerization initiator, the temperature may be 40 to 90 ° C. Further, the polymerization time is not particularly limited, but it may be usually 2 to 24 hours.

[5.特性]
本実施の形態の水性エマルションは、優れた塗膜特性(特に、密着性・耐水性・耐温水性・耐透水性)を有するものとなる。特に、本実施の形態の水性エマルションは、これを水性のコーティング剤として用いて形成されたフィルムの後述する評価試験で測定された透水量を1,500(ml/m2・24h)未満とすることができ、耐透水性に優れたものとすることができる。その理由について、以下説明する。本実施の形態の水性エマルションは、上述したように、2段以上の乳化重合反応により得ることができるが、1段目の重合により得られる水性重合体Aは、1段目の乳化重合反応中、及び/又は1段目の乳化重合反応後に、塩基性化合物等によってカルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a2)由来のカルボキシル基が中和されることにより、表面酸価が高く親水性なものとなる。水性重合体Aに比べて、2段目以降の乳化重合反応で使用する単量体は疎水性であるため、水性重合体Aの中に容易に入り込むことができ、上記単量体は水性重合体Aの内部で重合されて水性重合体Bとなり、本発明の水性重合体粒子が得られる。こうして得られた水性重合体粒子のMFTは、水性重合体Aの組成に依存し、水性重合体Aの組成が硬いものであればMFTは高くなり、柔らかいものであればMFTは低くなるといった傾向がある。一方、2段目以降の乳化重合反応により得られる水性重合体Bに、水性重合体粒子のMFTは影響されない。そのため、シェル層を構成する水性重合体Aの組成を柔らかい組成となるように設計すれば、2段目以降の乳化重合反応により得られる水性重合体Bの組成が硬かったり、水性重合体粒子の組成が全体で硬かったとしても、最終的に得られる水性重合体粒子のMFTを低くすることが可能となる。このようなMFTの低い水性重合体粒子が乳化・分散された水性エマルションは、全体では硬い組成であっても、十分な造膜性と塗膜特性(特に、密着性・耐水性・耐温水性・耐透水性)を備え、様々な用途へ適用することができる。
[5. Characteristic]
The aqueous emulsion of the present embodiment has excellent coating properties (particularly adhesion, water resistance, warm water resistance, and water permeability resistance). In particular, the water-based emulsion according to the present embodiment has a water permeation amount of less than 1,500 (ml / m 2 · 24 h) measured in an evaluation test described later of a film formed using this as an aqueous coating agent. And water resistance can be improved. The reason will be described below. As described above, the aqueous emulsion of the present embodiment can be obtained by two or more stages of the emulsion polymerization reaction, but the aqueous polymer A obtained by the first stage of polymerization is in the first stage of the emulsion polymerization reaction. , And / or after the first-stage emulsion polymerization reaction, the carboxyl group derived from the carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer (a2) is neutralized by a basic compound or the like, so that the surface acid value is high and hydrophilic. It will be something. Compared to the aqueous polymer A, the monomer used in the emulsion polymerization reaction in the second and subsequent stages is hydrophobic, so that it can easily enter the aqueous polymer A. The polymer A is polymerized inside the polymer A to form an aqueous polymer B, and the aqueous polymer particles of the present invention are obtained. The MFT of the aqueous polymer particles thus obtained depends on the composition of the aqueous polymer A. If the composition of the aqueous polymer A is hard, the MFT tends to be high, and if it is soft, the MFT tends to be low. There is. On the other hand, the MFT of the aqueous polymer particles is not affected by the aqueous polymer B obtained by the emulsion polymerization reaction after the second stage. Therefore, if the composition of the aqueous polymer A constituting the shell layer is designed to be a soft composition, the composition of the aqueous polymer B obtained by the emulsion polymerization reaction in the second and subsequent stages is hard, or the aqueous polymer particles Even if the composition is hard as a whole, the MFT of the finally obtained aqueous polymer particles can be lowered. Such an aqueous emulsion in which aqueous polymer particles having a low MFT are emulsified and dispersed has sufficient film-forming properties and coating properties (especially adhesion, water resistance, warm water resistance, even if the composition is hard as a whole.・ Water resistance) and can be used for various purposes.

[6.用途]
本実施の形態の水性エマルションは、上記の特性を有することから、例えば、一般接着剤、粘着剤、コーティング剤、住宅用の建材、塗料、土木・繊維・紙などの加工、鋼板処理、フィルムコーティング処理等に用いることができ、特に、本実施の形態の水性エマルションは、密着性、耐水性、耐温水性・耐ブロッキング性・耐透水性・耐候性やコストメリットに優れているため、無機質材料外装建材として優れた効果が期待される。
[6. Application]
Since the aqueous emulsion of the present embodiment has the above-mentioned characteristics, for example, general adhesives, adhesives, coating agents, residential building materials, paints, civil engineering / fiber / paper processing, steel plate processing, film coating, etc. In particular, the aqueous emulsion according to the present embodiment is excellent in adhesion, water resistance, warm water resistance, blocking resistance, water resistance, weather resistance, and cost merit. Excellent effects are expected as exterior building materials.

上記したような水性のコーティング剤は、本実施の形態の水性エマルション単独でも十分に実用に足るものであるが、本実施の形態により得られる水性エマルション中に含まれる水性重合体粒子100質量部に対し、必要に応じて、0〜20質量部の造膜助剤と0〜300質量部の顔料と、を含有することで、より優れたものとなる。   The aqueous coating agent as described above is sufficiently practical even with the aqueous emulsion of the present embodiment alone, but the aqueous polymer particles contained in the aqueous emulsion obtained by the present embodiment are used in 100 parts by mass. On the other hand, it becomes more excellent by containing 0 to 20 parts by mass of a film-forming auxiliary and 0 to 300 parts by mass of a pigment as necessary.

また、上記のような水性のコーティング剤は、本実施の形態により得られる水性エマルションとともに塗布することで、優れた無機質材料外装建材を提供することができる。このような無機質材料外装建材としては、例えば、いわゆる湿式工法及び乾式工法で使用される建物の外装用のコーティング剤や建物の外装用の塗料のような外装用塗料などを挙げることができる。   Moreover, the aqueous coating agent as described above can provide an excellent inorganic material exterior building material by applying it together with the aqueous emulsion obtained by the present embodiment. Examples of such inorganic material exterior building materials include exterior coatings such as building exterior coatings and exterior exterior coatings used in so-called wet construction methods and dry construction methods.

また、上記の建物の外装用コーティング剤とは、いわゆる乾式工法で使用されるものであり、例えば、窯業系サイディングボードのような、主原料としてセメント質原料および繊維質原料を成型し、養生・硬化させた外壁の仕上げなどに使用するシーラー剤(インラインシーラーも含む)やエナメル・クリアートップ剤を挙げることができる。本実施の形態により得られる水性エマルションをシーラー剤として用いた場合には、造膜性の向上、耐ブロッキング性の向上、耐透水性の向上、塗膜強度の向上、造膜助剤量の低減といった効果が得られるため好ましい。一方、エナメル・クリアートップ剤として用いた場合には、耐候性が向上するとともに、原価は安いものの耐候性に不利に働くので従来あまり使用することができなかったスチレン(スチレン樹脂)を、水性エマルションの構成成分として水性重合体粒子の内部に入れることができ、耐候性とコストダウンの両立を図れるため好ましい。   The above building exterior coating agent is used in a so-called dry method. For example, a cement raw material and a fiber raw material are molded as a main raw material such as a ceramic siding board. Examples include sealer agents (including inline sealers) and enamel clear top agents used for finishing hardened outer walls. When the aqueous emulsion obtained according to the present embodiment is used as a sealer agent, the film forming property is improved, the blocking resistance is improved, the water permeability is improved, the coating strength is improved, and the amount of the film forming auxiliary agent is reduced. Such an effect is preferable. On the other hand, when it is used as an enamel clear top agent, weather resistance is improved and styrene (styrene resin), which has not been able to be used so far because it works against weather resistance at a low cost, is an aqueous emulsion. It is preferable because it can be contained in the aqueous polymer particles as a constituent component of the material, and both weather resistance and cost reduction can be achieved.

また、上記の建物の外装用(特に外装壁面用)の塗料とは、本実施の形態の水性エマルションとモルタルなどの材料を混ぜ合わせて下地や旧塗膜下地などの上に用いる、いわゆる湿式工法で使用する塗料である。本実施の形態により得られる水性エマルションを外装用の塗料として用いた場合には、建物の下地材や上塗り塗料との密着性の向上、耐水性の向上といった効果が得られるため好ましい。   The above-mentioned paint for exterior buildings (particularly for exterior wall surfaces) is a so-called wet method in which the aqueous emulsion according to the present embodiment and a material such as mortar are mixed and used on a base or an old paint base. It is a paint used in. When the aqueous emulsion obtained according to the present embodiment is used as an exterior paint, it is preferable because of the effects of improving adhesion to a base material of a building or a top coat paint and improving water resistance.

II.水性エマルションの製造方法
本実施の形態の水性エマルションの製造方法は、2段以上の乳化重合反応によって、水系分散媒にコア−シェル構造を有する水性重合体粒子が乳化・分散された水性エマルションを得る水性エマルションの製造方法であることを特徴とする。具体的には、1段目の乳化重合反応として、水系分散媒中で、カルボキシル基非含有エチレン性不飽和単量体(a1)を80.0〜99.5質量%及びカルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a2)を0.5〜20.0質量%含む単量体の混合物を乳化重合反応させるとともに、1段目の乳化重合反応中、及び/又は1段目の乳化重合反応後に、塩基性化合物によってカルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a2)由来のカルボキシル基を中和させることによって、水性重合体粒子のコア−シェル構造のシェル層を構成する水性重合体Aを得る工程(以下、「水性重合体Aを得る工程」という)を有することを特徴とする。さらに、2段目の乳化重合反応として、シェル層を構成する水性重合体Aの存在下、カルボキシル基非含有エチレン性不飽和単量体(b1)を含む単量体の混合物を乳化重合反応させて、水性重合体粒子のコア−シェル構造のコア層を構成する水性重合体Bを得る工程と、必要に応じて、3段目以降の乳化重合反応として、2段目の乳化重合反応を繰り返して、水性重合体粒子のコア−シェル構造の3段目以降のコア層を構成する水性重合体を得る工程(以下、「水性重合体Bを得る工程」という)と、を含むことを特徴とする。1段目の乳化重合反応により得られるシェル層を構成する水性重合体Aは、そのガラス転移温度が−40℃〜80℃で、且つ、その重量平均分子量が50,000以上であって、カルボキシル基の中和後に可溶化されずに乳白色エマルションを形成するものであり、2段目以降の乳化重合反応により得られる水性重合体Bは、いずれも、そのガラス転移温度が0℃〜120℃であり、水性重合体Aと水性重合体Bとの質量比(水性重合体A/水性重合体B)は、0.5/99.5〜99.5/0.5であり(但し、乳化重合反応が3段以上である場合、水性重合体Bの質量とはコア層を構成する水性重合体の合計質量を意味する)、且つ下記条件(1)〜(2)を満たすことを特徴とする。好ましくは、さらに下記条件(3)を満たすことを特徴とする。
(1)コア層を形成する水性重合体Bのガラス転移温度≧シェル層を構成する水性重合体Aのガラス転移温度
(2)水性重合体粒子のガラス転移温度≧水性重合体粒子の最低造膜温度(但し、水性重合体粒子中には造膜助剤を含まない場合)
(3)前記シェル層を構成する前記水性重合体Aのカルボキシル基を中和した後のpHが5.0〜10.0であり、且つ中和後の吸光度が中和前の吸光度に対して99.5〜40%の比率であること
以下、本実施の形態の水性エマルションの製造方法の各工程について、具体的に説明する。
II. Method for Producing Aqueous Emulsion The method for producing an aqueous emulsion according to this embodiment obtains an aqueous emulsion in which aqueous polymer particles having a core-shell structure are emulsified and dispersed in an aqueous dispersion medium by two or more stages of emulsion polymerization reaction. It is a method for producing an aqueous emulsion. Specifically, as an emulsion polymerization reaction in the first stage, 80.0 to 99.5% by mass of a carboxyl group-free ethylenically unsaturated monomer (a1) and a carboxyl group-containing ethylenic monomer in an aqueous dispersion medium. A mixture of monomers containing 0.5 to 20.0% by mass of the unsaturated monomer (a2) is subjected to an emulsion polymerization reaction, and during the first stage emulsion polymerization reaction and / or the first stage emulsion polymerization reaction. Later, by neutralizing the carboxyl group derived from the carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer (a2) with a basic compound, the aqueous polymer A constituting the shell layer of the core-shell structure of the aqueous polymer particles is obtained. It has the process (henceforth "the process of obtaining the aqueous polymer A") obtained. Furthermore, as a second stage emulsion polymerization reaction, a mixture of monomers containing a carboxyl group-free ethylenically unsaturated monomer (b1) is subjected to an emulsion polymerization reaction in the presence of the aqueous polymer A constituting the shell layer. Then, the step of obtaining the aqueous polymer B constituting the core layer of the core-shell structure of the aqueous polymer particles and, if necessary, the second-stage emulsion polymerization reaction are repeated as the third-stage and subsequent emulsion polymerization reactions. And a step of obtaining an aqueous polymer constituting the third and subsequent core layers of the core-shell structure of the aqueous polymer particles (hereinafter referred to as “step of obtaining aqueous polymer B”). To do. The aqueous polymer A constituting the shell layer obtained by the first emulsion polymerization reaction has a glass transition temperature of −40 ° C. to 80 ° C. and a weight average molecular weight of 50,000 or more, A milky white emulsion is formed without being solubilized after neutralization of the group, and the aqueous polymer B obtained by the emulsion polymerization reaction in the second and subsequent stages has a glass transition temperature of 0 ° C. to 120 ° C. Yes, the mass ratio of aqueous polymer A to aqueous polymer B (aqueous polymer A / aqueous polymer B) is 0.5 / 99.5 to 99.5 / 0.5 (however, emulsion polymerization) When the reaction has three or more stages, the mass of the aqueous polymer B means the total mass of the aqueous polymer constituting the core layer) and the following conditions (1) to (2) are satisfied. . Preferably, the following condition (3) is further satisfied.
(1) Glass transition temperature of aqueous polymer B forming the core layer ≧ glass transition temperature of aqueous polymer A constituting the shell layer (2) Glass transition temperature of aqueous polymer particles ≧ minimum film formation of aqueous polymer particles Temperature (however, when water-soluble polymer particles do not contain a film-forming aid)
(3) The pH after neutralizing the carboxyl group of the aqueous polymer A constituting the shell layer is 5.0 to 10.0, and the absorbance after neutralization is relative to the absorbance before neutralization. It is a ratio of 99.5-40% Hereinafter, each process of the manufacturing method of the water-based emulsion of this Embodiment is demonstrated concretely.

[1.水性重合体Aを得る工程]
本実施の形態の水性エマルションの製造方法においては、1段目の乳化重合反応として、カルボキシル基非含有エチレン性不飽和単量体(a1)とカルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a2)とを含む単量体の混合物を乳化重合反応させるとともに、1段目の乳化重合反応中、及び/又は1段目の乳化重合反応後に、塩基性化合物によってカルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a2)由来のカルボキシル基を中和させることで、シェル層を構成する水性重合体Aを含む乳白色エマルションを得ることを必要とする。なお、1段目の乳化重合反応に際しては、全ての単量体を重合させることは必須ではなく、単量体の全てが重合する以前(プレ重合状態)に次の工程に移行してもよい。
[1. Step of obtaining aqueous polymer A]
In the method for producing an aqueous emulsion of the present embodiment, the carboxyl group-free ethylenically unsaturated monomer (a1) and the carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer (a2) are used as the first stage emulsion polymerization reaction. And a mixture of monomers containing a carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer with a basic compound during and / or after the first emulsion polymerization reaction. It is necessary to obtain a milky white emulsion containing the aqueous polymer A constituting the shell layer by neutralizing the carboxyl group derived from (a2). In the first-stage emulsion polymerization reaction, it is not essential to polymerize all monomers, and the process may proceed to the next step before all the monomers are polymerized (pre-polymerized state). .

本実施の形態の水性エマルションの製造方法の1段目の乳化重合反応において使用する、カルボキシル基非含有エチレン性不飽和単量体(a1)は、アルキル基の炭素数が1〜12である(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体(環状アルキルエステルも含む)、ビニル基含有単量体、水酸基含有不飽和単量体、アミド基含有不飽和単量体、アルコキシシリル基含有不飽和単量体、及びピペリジル基含有不飽和単量体からなる群から選ばれる1種以上の単量体であることが好ましい。これらの具体的な例及び使用量の詳細については先に説明したので、省略する。   The carboxyl group-free ethylenically unsaturated monomer (a1) used in the first emulsion polymerization reaction of the method for producing an aqueous emulsion of the present embodiment has 1 to 12 carbon atoms in the alkyl group ( (Meth) acrylic acid alkyl ester monomers (including cyclic alkyl esters), vinyl group-containing monomers, hydroxyl group-containing unsaturated monomers, amide group-containing unsaturated monomers, alkoxysilyl group-containing unsaturated monomers And one or more monomers selected from the group consisting of a piperidyl group-containing unsaturated monomer. Since these specific examples and details of the amount used have been described above, they will be omitted.

本実施の形態の水性エマルションの製造方法の1段目の乳化重合反応において使用する、カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a2)は、(メタ)アクリル酸、無水マレイン酸、及びイタコン酸からなる群から選ばれる1種以上の単量体であることが好ましい。これらの具体的な例及び使用量の詳細については先に説明したので、省略する。   The carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer (a2) used in the first emulsion polymerization reaction of the method for producing an aqueous emulsion of the present embodiment is (meth) acrylic acid, maleic anhydride, and itaconic acid. One or more monomers selected from the group consisting of: Since these specific examples and details of the amount used have been described above, they will be omitted.

このようにして得られた水性重合体Aは、そのガラス転移温度が−40℃〜80℃で、且つ、その重量平均分子量が50,000以上であることを必要とする。   The aqueous polymer A thus obtained needs to have a glass transition temperature of −40 ° C. to 80 ° C. and a weight average molecular weight of 50,000 or more.

本実施の形態の水性エマルションの製造方法の1段目の乳化重合反応中、及び/又は1段目の乳化重合反応後において塩基性化合物を使用することにより、上記カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a2)由来のカルボキシル基を中和して、親水性を有する水性重合体Aを得ることができる。水性重合体Aの構成成分であるカルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a2)由来のカルボキシル基を中和することで、水性重合体Aは、親水性部と疎水性部を有する1種の高分子乳化剤的な働きをすることができる。このような水性重合体Aを含む乳化重合液を、後述するコア層を構成する水性重合体Bの乳化重合反応の際に用いることにより、反応をより安定に行うことができる。そして、シェル層を構成する水性重合体Aの有するカルボキシル基が中和されていると、粒子表面へのカルボン酸の配向が強くなるため、本実施の形態の水性エマルションの製造方法により得られた水性エマルションを用いて形成された塗膜は、耐透水性や耐透湿性に優れたものとなる。   By using a basic compound during the first stage emulsion polymerization reaction and / or after the first stage emulsion polymerization reaction of the method for producing an aqueous emulsion according to the present embodiment, the carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer is used. By neutralizing the carboxyl group derived from the monomer (a2), an aqueous polymer A having hydrophilicity can be obtained. By neutralizing the carboxyl group derived from the carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer (a2), which is a constituent of the aqueous polymer A, the aqueous polymer A is a kind having a hydrophilic part and a hydrophobic part. It can act as a polymer emulsifier. By using the emulsion polymerization liquid containing such an aqueous polymer A in the emulsion polymerization reaction of the aqueous polymer B constituting the core layer described later, the reaction can be performed more stably. And when the carboxyl group which the aqueous polymer A which comprises a shell layer has neutralized, since orientation of carboxylic acid to particle | grain surface becomes strong, it was obtained by the manufacturing method of the aqueous emulsion of this Embodiment. A coating film formed using an aqueous emulsion has excellent water permeability and moisture resistance.

上記塩基性化合物は、例えば、アミン系化合物(アミノアルコール及びアンモニアを含む)、水酸化ナトリウム、並びに水酸化カリウムからなる群から選ばれる1種以上の化合物であることが好ましい。アミン系化合物の具体的なものとしては、先に説明したものを挙げることができる。上記塩基性化合物の使用量は、中和後の乳化重合液のpHが5.0〜10.0になるような量が好ましい。pHが5.0〜10.0の範囲内であれば、コア層を構成する水性重合体Bの乳化重合反応を安定に行うことができる。   The basic compound is preferably, for example, one or more compounds selected from the group consisting of amine compounds (including amino alcohol and ammonia), sodium hydroxide, and potassium hydroxide. Specific examples of the amine compound include those described above. The amount of the basic compound used is preferably an amount such that the pH of the emulsion polymerization solution after neutralization is 5.0 to 10.0. If pH is in the range of 5.0-10.0, the emulsion polymerization reaction of the aqueous polymer B which comprises a core layer can be performed stably.

上記塩基性化合物により中和され得られた水性重合体Aを含む乳化重合液は、可溶化しない乳白色のエマルション重合体(アルカリ膨潤中和体)であることを特徴とする。水性重合体Aが、中和後に溶解し水溶性樹脂溶液となってしてしまうと、シェル層の耐水性が低下してしまい、得られる水性エマルションによって形成される塗膜の耐透水性や耐水性が低下することがある。また、1段目の乳化重合反応に連鎖移動剤を使用した場合には、中和後に得られる水性重合体Aは可溶化し、水性樹脂溶液となり易いため、1段目の乳化重合反応には連鎖移動剤を使用しないことが好ましいが、水性重合体Aが可溶化しない範囲(吸光度比99.5〜40.0%)であれば連鎖移動剤を使用してもよい。   The emulsion polymerization solution containing the aqueous polymer A obtained by neutralization with the basic compound is a milky white emulsion polymer (alkali swelled neutralized product) that is not solubilized. If the aqueous polymer A is dissolved after neutralization to form a water-soluble resin solution, the water resistance of the shell layer is lowered, and the water permeability and water resistance of the coating film formed by the aqueous emulsion obtained are reduced. May decrease. In addition, when a chain transfer agent is used for the first stage emulsion polymerization reaction, the aqueous polymer A obtained after neutralization is easily solubilized and becomes an aqueous resin solution. It is preferable not to use a chain transfer agent, but a chain transfer agent may be used as long as the aqueous polymer A is not solubilized (absorbance ratio 99.5 to 40.0%).

さらに、上記の塩基性化合物で中和され得られた水性重合体Aを含む乳化重合液の吸光度が、中和前の乳化重合液の吸光度に対して99.5〜40%(吸光度比)であることが好ましい。該吸光度比が40%より低い場合、最終的に得られる水性エマルションにより形成される塗膜の耐水性が低下する。吸光度比が上記の範囲であると、水性重合体Aを含む乳化重合液は可溶化しない乳白色エマルションとなる。なお、吸光度比は下記の式から求める。
吸光度比(%)=1段目の乳化重合液(アンモニア水による中和後)/1段目の乳化重合液(アンモニア水による中和前)×100
Furthermore, the absorbance of the emulsion polymerization solution containing the aqueous polymer A obtained by neutralization with the basic compound is 99.5 to 40% (absorbance ratio) with respect to the absorbance of the emulsion polymerization solution before neutralization. Preferably there is. When the absorbance ratio is lower than 40%, the water resistance of the coating film formed by the finally obtained aqueous emulsion is lowered. When the absorbance ratio is in the above range, the emulsion polymerization liquid containing the aqueous polymer A becomes a milky white emulsion that is not solubilized. The absorbance ratio is determined from the following formula.
Absorbance ratio (%) = first emulsion polymerization solution (after neutralization with aqueous ammonia) / first emulsion polymerization solution (before neutralization with aqueous ammonia) × 100

[2.水性重合体Bを得る工程]
本実施の形態の水性エマルションの製造方法は、上記したようにしてシェル層を構成する水性重合体Aを得た後、2段目の乳化重合反応として、水性重合体Aの存在下、カルボキシル基非含有エチレン性不飽和単量体(b1)を含む単量体の混合物を乳化重合反応させて、水性重合体粒子のコア−シェル構造のコア層を構成する水性重合体Bを重合し、必要に応じて、3段目以降の乳化重合反応として、上記した2段目の乳化重合反応を繰り返して、水性重合体粒子のコア−シェル構造の3段目以降のコア層を構成する水性重合体を重合することで、水性重合体粒子を得ることを必要とする。以下、2段目の乳化重合反応により得られた水性重合体Bと、3段目以降の乳化重合反応により得られた水性重合体をまとめて「水性重合体B」と呼び、これらを得る乳化重合反応をまとめて「2段目以降の乳化重合反応」と呼ぶ。なお、2段目以降の乳化重合に際しては、全ての単量体を重合させることは必須ではなく、単量体の全てが重合する以前(プレ重合状態)に次の工程に移行してもよい。
[2. Step of obtaining aqueous polymer B]
In the method for producing the aqueous emulsion of the present embodiment, after obtaining the aqueous polymer A constituting the shell layer as described above, as the second stage emulsion polymerization reaction, a carboxyl group is present in the presence of the aqueous polymer A. A mixture of monomers containing the non-containing ethylenically unsaturated monomer (b1) is subjected to an emulsion polymerization reaction to polymerize the aqueous polymer B constituting the core layer of the core-shell structure of the aqueous polymer particles. Accordingly, as the emulsion polymerization reaction after the third stage, the above-mentioned second stage emulsion polymerization reaction is repeated to form the third and subsequent core layers of the core-shell structure of the aqueous polymer particles. It is necessary to obtain aqueous polymer particles by polymerizing. Hereinafter, the aqueous polymer B obtained by the second-stage emulsion polymerization reaction and the aqueous polymer obtained by the third-stage and subsequent emulsion polymerization reaction are collectively referred to as “aqueous polymer B”, and the emulsion to obtain these The polymerization reaction is collectively referred to as “emulsion polymerization reaction after the second stage”. In the second and subsequent emulsion polymerizations, it is not essential to polymerize all monomers, and the process may proceed to the next step before all of the monomers are polymerized (pre-polymerized state). .

本実施の形態の水性エマルションの製造方法の2段目以降の乳化重合反応において使用する、カルボキシル基非含有エチレン性不飽和単量体(b1)としては、先に説明したカルボキシル基非含有エチレン性不飽和単量体(a1)と同様の化合物を挙げることができる。また、他の単量体成分として、先に説明したカルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a2)を使用することができる。   As the carboxyl group-free ethylenically unsaturated monomer (b1) used in the emulsion polymerization reaction in the second and subsequent stages of the method for producing the aqueous emulsion of the present embodiment, the carboxyl group-free ethylenic monomer described above is used. The compound similar to an unsaturated monomer (a1) can be mentioned. Moreover, the carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer (a2) demonstrated previously can be used as another monomer component.

このようにして得られた水性重合体Bは、いずれも、そのガラス転移温度が0℃〜120℃であることを特徴とする。   The aqueous polymer B thus obtained is characterized in that the glass transition temperature thereof is 0 ° C to 120 ° C.

また、本実施の形態の水性エマルションの製造方法においては、水性重合体Aと水性重合体Bとの質量比(水性重合体A/水性重合体B)は、0.5/99.5〜99.5/0.5であることを必要とする。但し、乳化重合反応が3段以上である場合、水性重合体Bの質量とはコア層を構成する水性重合体の合計質量を意味する。   Moreover, in the manufacturing method of the aqueous emulsion of this Embodiment, mass ratio (aqueous polymer A / aqueous polymer B) of the aqueous polymer A and the aqueous polymer B is 0.5 / 99.5-99. .5 / 0.5. However, when the emulsion polymerization reaction has three or more stages, the mass of the aqueous polymer B means the total mass of the aqueous polymer constituting the core layer.

また、本実施の形態の水性エマルションの製造方法においては、下記条件(1)〜(2)を満たすことを必要とし、さらに下記条件(3)を満たすことが好ましい。
(1)コア層を形成する水性重合体Bのガラス転移温度≧シェル層を構成する水性重合体Aのガラス転移温度
(2)水性重合体粒子のガラス転移温度≧水性重合体粒子の最低造膜温度(但し、水性重合体粒子中には造膜助剤を含まない場合)
(3)前記シェル層を構成する前記水性重合体Aのカルボキシル基を中和した後のpHが5.0〜10.0であり、且つ中和後の吸光度が中和前の吸光度に対して99.5〜40%の比率であること
Moreover, in the manufacturing method of the water-based emulsion of this Embodiment, it is required to satisfy the following conditions (1)-(2), and it is preferable to satisfy the following conditions (3).
(1) Glass transition temperature of aqueous polymer B forming the core layer ≧ glass transition temperature of aqueous polymer A constituting the shell layer (2) Glass transition temperature of aqueous polymer particles ≧ minimum film formation of aqueous polymer particles Temperature (however, when water-soluble polymer particles do not contain a film-forming aid)
(3) The pH after neutralizing the carboxyl group of the aqueous polymer A constituting the shell layer is 5.0 to 10.0, and the absorbance after neutralization is relative to the absorbance before neutralization. The ratio should be 99.5-40%

III.水性コーティング剤フィルム
本実施の形態の水性コーティング剤フィルムは、上記した本実施の形態の水性エマルション、又は上記した本実施の形態の水性エマルションの製造方法により得られた水性エマルションを用いて形成された、そのフィルムの透水量が、1,500(ml/m2・24h)未満であることを特徴とする。フィルムの透水量が上記を満たすことで、耐透水性に優れたものを提供することが可能となる。その理由については、先に説明したので、省略する。
III. Aqueous Coating Agent Film The aqueous coating agent film of the present embodiment was formed using the aqueous emulsion of the present embodiment described above or the aqueous emulsion obtained by the method for producing the aqueous emulsion of the present embodiment described above. The water permeability of the film is less than 1,500 (ml / m 2 · 24 h). When the water permeation amount of the film satisfies the above, it is possible to provide a film having excellent water permeation resistance. The reason is omitted because it has been described above.

次に実施例および比較例を挙げて本発明の水性エマルション及びその製造方法をさらに具体的に説明する。なお、文中「部」および「%」とあるのは質量基準である。   Next, the aqueous emulsion of the present invention and the production method thereof will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. In the text, “part” and “%” are based on mass.

[実施例1]
(水性重合体Aを含む乳白色エマルションの作製)
イオン交換水14.7部、乳化剤として、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム(花王社製、商品名:ラテムルE−118B)3.4部、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(花王社製、商品名:ラテムルPD−104)4.4部と共に、(a1)成分として、2−ヒドロキシエチルアクリレート(共栄社化学社製、商品名:ライトエステルHOA)0.97部、2−エチルヘキシルアクリレート19.42部、メチルメタクリレート4.85部、スチレン9.71部、(a2)成分として、アクリル酸(100%)1.94部を秤量して攪拌し、水性重合体Aを構成する単量体を混合した乳化混合液(1)を調製した。
[Example 1]
(Preparation of milky white emulsion containing aqueous polymer A)
14.7 parts of ion-exchanged water, as an emulsifier, 3.4 parts of sodium polyoxyethylene alkyl ether sulfate (manufactured by Kao Corporation, trade name: Latemul E-118B), ammonium polyoxyalkylene alkenyl ether sulfate (manufactured by Kao Corporation, trade name: (Latemul PD-104) 4.4 parts, (a1) component, 2-hydroxyethyl acrylate (manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd., trade name: light ester HOA) 0.97 parts, 2-ethylhexyl acrylate 19.42 parts, methyl 4.85 parts of methacrylate, 9.71 parts of styrene, 1.94 parts of acrylic acid (100%) as a component (a2) are weighed and stirred to mix the monomers constituting the aqueous polymer A Liquid (1) was prepared.

攪拌機、還流冷却器、温度計、滴下装置および窒素ガス導入管を装備した反応装置に、イオン交換水67.3部およびポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム(花王社製、商品名:ラテムルE−118B)0.4部を仕込み、反応装置内の空気を窒素ガスに置換した後、攪拌しながら上記装置の内温を80℃に加温した。ついで、反応装置内に5%過硫酸アンモニウム(三菱ガス化学社製、商品名:過硫酸アンモニウム)4.0部を添加した後、直ちに先に調製した乳化混合液(1)と5%過硫酸アンモニウム2.0部を1.5時間かけて滴下した。そして、滴下終了30分後、アンモニア水(25%)を1.5部添加した後、80℃にて30分間放置し、水性重合体Aを含む乳白色のエマルションを得た。   A reactor equipped with a stirrer, reflux condenser, thermometer, dropping device and nitrogen gas introduction tube was charged with 67.3 parts of ion exchange water and sodium polyoxyethylene alkyl ether sulfate (trade name: Latemul E-118B, manufactured by Kao Corporation). ) 0.4 parts was charged, and the air in the reaction apparatus was replaced with nitrogen gas, and then the internal temperature of the apparatus was heated to 80 ° C. while stirring. Next, 4.0 parts of 5% ammonium persulfate (trade name: ammonium persulfate, manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Inc.) was added to the reactor, and immediately after the emulsion mixture (1) prepared previously and 5% ammonium persulfate 2. 0 parts were added dropwise over 1.5 hours. And 30 minutes after completion | finish of dripping, after adding 1.5 parts of ammonia water (25%), it was left to stand at 80 degreeC for 30 minutes, and the milky white emulsion containing the aqueous polymer A was obtained.

(水性重合体粒子を含む水性エマルションの作製)
次に、イオン交換水24.6部、乳化剤として、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム(花王社製、商品名:ラテムルE−118B)6.2部、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(花王社製、商品名:ラテムルPD−104)8.1部と共に、(b1)成分として、2−エチルヘキシルアクリレート4.86部、スチレン58.25部を秤量して攪拌し、水性重合体Bを構成する単量体を混合した乳化混合液(2)を調製した。
(Preparation of aqueous emulsion containing aqueous polymer particles)
Next, 24.6 parts of ion-exchanged water, 6.2 parts of polyoxyethylene alkyl ether sodium sulfate (trade name: Latemul E-118B) as an emulsifier, polyoxyalkylene alkenyl ether ammonium sulfate (manufactured by Kao Corporation, Product name: LATEMUL PD-104) Along with 8.1 parts, as a component (b1), 4.86 parts of 2-ethylhexyl acrylate and 58.25 parts of styrene are weighed and stirred to form an aqueous polymer B An emulsified mixed liquid (2) in which the body was mixed was prepared.

そして、乳化混合液(1)の滴下終了から60分後に、上記で調製した乳化混合液(2)と5%過硫酸アンモニウム2.0部を3.0時間かけて装置内に滴下した。そして、上記装置の内温を80℃に保ちながら、更に3時間反応を行なった後、内温を室温まで冷却し、コア−シェル構造を有する水性重合体粒子を含む実施例1の水性エマルションを得た。得られた水性エマルションは、分析の結果、粘度700mPa・s/25℃、固形分44.0%、pH8.5であり、平均粒子径は150nmであった。   And 60 minutes after completion | finish of dripping of the emulsification liquid mixture (1), the emulsification liquid mixture (2) prepared above and 2.0 parts of 5% ammonium persulfate were dripped in the apparatus over 3.0 hours. And after reacting for further 3 hours, keeping the internal temperature of the said apparatus at 80 degreeC, internal temperature is cooled to room temperature and the aqueous | water-based emulsion of Example 1 containing the aqueous polymer particle which has a core-shell structure is obtained. Obtained. As a result of analysis, the obtained aqueous emulsion had a viscosity of 700 mPa · s / 25 ° C., a solid content of 44.0%, a pH of 8.5, and an average particle size of 150 nm.

[実施例2〜6]
実施例1における単量体構成成分(a1、a2、b1)、添加剤の配合量を、表1に記載のものに変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例2〜6の水性エマルションを作製した。但し、多段乳化重合であるため単量体比率に応じて、重合開始剤や界面活性剤量を各々分割して用いた。得られた実施例2〜6の水性エマルションの単量体構成成分および特数値を、実施例1の水性エマルションの単量体構成成分および特数値と共に表1に示した。なお、得られた水性エマルションの粘度、固形分、pH及び平均粒子径は、実施例1とほぼ同等となるように調整した。
[Examples 2 to 6]
In the same manner as in Example 1, except that the monomer component (a1, a2, b1) and additive compounding amount in Example 1 were changed to those shown in Table 1, Examples 2-6 An aqueous emulsion was made. However, since it is multistage emulsion polymerization, the amounts of polymerization initiator and surfactant were divided and used according to the monomer ratio. The monomer constituents and special values of the obtained aqueous emulsions of Examples 2 to 6 are shown in Table 1 together with the monomer constituent components and special values of the aqueous emulsion of Example 1. In addition, the viscosity, solid content, pH, and average particle diameter of the obtained aqueous emulsion were adjusted to be substantially the same as in Example 1.

[比較例1〜4]
実施例1における単量体構成成分(a1、a2、b1)、添加剤、中和剤の使用量及び中和剤を使用するタイミング等を表1に記載のものに変更した以外、実施例1と同様にして、比較例1〜4の水性エマルションを作製した。但し、多段乳化重合であるため単量体比率に応じて、重合開始剤や界面活性剤量を各々分割して用いた。得られた比較例1〜4水性エマルションの単量体構成成分および特数値を、実施例1の水性エマルションの単量体構成成分および特数値と共に表1に示した。
[Comparative Examples 1-4]
Example 1 except that the monomer constituents (a1, a2, b1), additives, use amount of the neutralizing agent, timing of using the neutralizing agent, etc. in Example 1 were changed to those shown in Table 1. In the same manner, aqueous emulsions of Comparative Examples 1 to 4 were prepared. However, since it is multistage emulsion polymerization, the amounts of polymerization initiator and surfactant were divided and used according to the monomer ratio. Table 1 shows the monomer constituents and special values of the obtained aqueous emulsions of Comparative Examples 1 to 4 together with the monomer constituents and special values of the aqueous emulsion of Example 1.

Figure 2015166428
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[評価]
実施例1〜6及び比較例1〜4にて作製した水性エマルションを用い、表2〜5に記載の配合でそれぞれのサンプルを調製し、これを用いて、後述する評価試験[耐温水性試験、密着性試験、耐透水性試験(以上、乾式工法用)、密着性試験、耐水性・密着性試験(以上、湿式工法用)]を行った。
1.評価用サンプルの調製
実施例1〜6及び比較例1〜4にて作製した水性エマルションを用い、表2の配合表にて乾式工法の耐温水性試験用の外装塗料水性コーティング剤のサンプルを調製し、表3にて乾式工法の密着性試験用の外装塗料水性コーティング剤のサンプルを調製し、表4の配合表にて乾式工法の耐透水試験用の外装塗料水性コーティング剤のサンプルを調製し、表5の配合表にて湿式工法の耐水性・密着性試験用の外装塗料水性コーティング剤のサンプルを調製した。
[Evaluation]
Using the aqueous emulsions prepared in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4, each sample was prepared with the formulation described in Tables 2 to 5, and using this, an evaluation test [warm water resistance test described later] , Adhesion test, water permeation resistance test (above, for dry construction method), adhesion test, water resistance / adhesion test (above, for wet construction method)].
1. Preparation of sample for evaluation Using the aqueous emulsions prepared in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4, a sample of an exterior coating aqueous coating agent for a warm water resistance test of a dry construction method is prepared in the formulation table of Table 2 Then, in Table 3, a sample of an exterior coating aqueous coating agent for a dry method adhesion test is prepared, and in Table 4, a sample of an exterior coating aqueous coating agent for a dry method water permeability test is prepared. A sample of a water-based coating material for exterior paints for water resistance / adhesion test of the wet method was prepared according to the recipe in Table 5.

Figure 2015166428
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Figure 2015166428
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表4中のミルベース1は、以下に示す割合で配合したものを使用した。なお、ミルベースとは、顔料、溶剤、添加物などを攪拌し混合したものをいう。
※ミルベース1処方(合計100.0部)
水 30.0部
分散剤:デモールEP(花王ケミカル社製) 2.0部
重質炭酸カルシウム:重質炭酸カルシウムR(丸尾カルシウム社製) 48.7部
二酸化チタン:CR−57(石原産業社製) 18.3部
消泡剤:アデカネートB−187(ADEKA社製) 0.5部
アンモニア水(25%) 0.5部
The mill base 1 in Table 4 was blended at the ratio shown below. The mill base refers to a mixture obtained by stirring and mixing pigments, solvents, additives and the like.
* Millbase 1 prescription (total 100.0 parts)
Water 30.0 parts Dispersant: Demol EP (manufactured by Kao Chemical Co., Ltd.) 2.0 parts Heavy calcium carbonate: Heavy calcium carbonate R (manufactured by Maruo Calcium Co., Ltd.) 48.7 parts Titanium dioxide: CR-57 (manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.) 18.3 parts antifoaming agent: Adecanate B-187 (manufactured by ADEKA) 0.5 part ammonia water (25%) 0.5 part

Figure 2015166428
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表5中のミルベース2は、以下に示す割合で配合したものを使用した。
※ミルベース2処方(合計100.0部)
水 29.0部
分散剤:SMA−1440H(サートマー・ジャパン社製) 10.0部
二酸化チタン:CR−57(石原産業社製) 40.0部
重質炭酸カルシウム:重質炭酸カルシウム(丸尾カルシウム社製) 20.0部
消泡剤:アデカネートB−187(ADEKA社製) 0.5部
アンモニア水(25%) 0.5部
The mill base 2 in Table 5 was blended at the ratio shown below.
* Millbase 2 prescription (total 100.0 parts)
Water 29.0 parts Dispersant: SMA-1440H (manufactured by Sartomer Japan) 10.0 parts Titanium dioxide: CR-57 (manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.) 40.0 parts Heavy calcium carbonate: Heavy calcium carbonate (Maruo calcium 20.0 parts Antifoaming agent: Adecanate B-187 (manufactured by ADEKA) 0.5 part Ammonia water (25%) 0.5 part

2.耐温水性試験(乾式工法)
表2で調製した実施例及び比較例の外装塗料用水性コーティング剤のサンプルをガラス板に100μWET/m2となるように塗布した後、100℃の熱風循環機にて10分間乾燥し、ガラス板上にコーティング膜を作製した。そして、ガラス板及びコーティング膜の温度が室温に戻った後、これを温水(60℃)に浸漬して24時間放置した。そして、温水に浸漬してから24時間後のコーティング膜表面のΔE値を測定し、以下の基準で評価した。なお、○〜△を合格とし、×は不合格点とした。
<評価基準>
○:コーティング膜のΔE値は0〜3未満であった。
△:コーティング膜のΔE値は3以上10未満であった。
×:コーティング膜のΔE値は10以上であった。
2. Hot water resistance test (dry method)
A sample of the aqueous coating agent for exterior paints of Examples and Comparative Examples prepared in Table 2 was applied to a glass plate so as to be 100 μWET / m 2, and then dried for 10 minutes in a hot air circulator at 100 ° C. A coating film was produced on top. And after the temperature of a glass plate and a coating film returned to room temperature, this was immersed in warm water (60 degreeC), and was left to stand for 24 hours. And the (DELTA) E value of the coating film surface 24 hours after being immersed in warm water was measured, and the following references | standards evaluated. In addition, (circle)-(triangle | delta) was set as the pass and x was set as the disqualified point.
<Evaluation criteria>
○: The ΔE value of the coating film was 0 to less than 3.
Δ: The ΔE value of the coating film was 3 or more and less than 10.
X: The ΔE value of the coating film was 10 or more.

3.密着性試験(乾式工法)
表3で調製した実施例及び比較例の外装塗料用水性コーティング剤のサンプルを10%となるように水で希釈した後、スポンジロールコーターを用いてスレート板に150μWET/m2塗布後、100℃の熱風循環機にて15分間乾燥し、試料塗膜が形成された試料を作製した。そして、試料の温度が室温に戻った後、これを用いてJIS A5422に準拠した方法で、塗膜はく離面積率(%)Pを求め、評価した。なお、以下の式より算出される塗膜はく離面積率(%)が5%未満のものを合格とし、それ以上のものは不合格とした。
P(塗膜はく離面積率(%))=S2(塗膜のはく離面積(mm2))/S1(付着させたテープ面積(mm2))×100
3. Adhesion test (dry method)
After diluting samples of waterborne coating agents for exterior paints of Examples and Comparative Examples prepared in Table 3 with water to 10%, applying 150 μWET / m 2 on a slate plate using a sponge roll coater, 100 ° C. The sample was dried with a hot air circulator for 15 minutes to prepare a sample on which a sample coating film was formed. And after the temperature of the sample returned to room temperature, the coating film peeling area rate (%) P was calculated | required and evaluated by the method based on JISA5422 using this. In addition, the coating film peeling area ratio (%) calculated from the following formula was accepted as less than 5%, and those exceeding it were regarded as unacceptable.
P (peeling film peeling area ratio (%)) = S2 (peeling film peeling area (mm 2 )) / S1 (attached tape area (mm 2 )) × 100

4.耐透水性試験(乾式工法)
表4で調製した実施例及び比較例の外装塗料用水性コーティング剤のサンプルを10%となるように水で希釈して、スポンジロールコーターを用いてサイディングボードに150gWET/m2塗布後、100℃の熱風循環機にて15分間乾燥し、塗膜が形成されたボード試料を作製した。そして、そのボード試料を、JIS A5422に準拠した方法で減水高さを求め、更に24時間後の透水量(ml/m2・24h)を求めた。なお、1,500(ml/m2・24h)未満を合格とし、1,500(ml/m2・24h)以上のものを不合格とした。
4). Water permeability test (dry method)
Samples of the aqueous coating agents for exterior paints of Examples and Comparative Examples prepared in Table 4 were diluted with water so as to be 10%, and after applying 150 g WET / m 2 to a siding board using a sponge roll coater, 100 ° C. Was dried for 15 minutes with a hot air circulator to prepare a board sample on which a coating film was formed. And the board | substrate sample calculated | required the water reduction height by the method based on JISA5422, and also calculated | required the water permeability (ml / m < 2 > * 24h) after 24 hours. In addition, less than 1,500 (ml / m 2 · 24h) was accepted, and 1,500 (ml / m 2 · 24h) or more was rejected.

5.密着性試験(湿式工法)
予め、フレキシブル板(JIS A5430準拠)に「一液浸透シーラー」(日本ペイント社製)を100gWET/m2塗布し、23℃×50%の雰囲気下に24時間放置したものを用意した。そして、表5で調製した実施例及び比較例の外装塗料用コーティング剤のサンプルを、先でシーラー処理したフレキシブル板に150gWET/m2となるように塗布した後、23℃×50%の雰囲気下にて7日間養生し、密着性試験板を作製した。そして、JIS K5600−5−6(クロスカット法)に準拠した方法で、以下の6段階にて評価を行った。なお、分類0〜分類1を合格とし、分類2以下を不合格とした。
5. Adhesion test (wet method)
In advance, 100 g WET / m 2 of “One-part-penetration sealer” (manufactured by Nippon Paint Co., Ltd.) was applied to a flexible plate (JIS A5430 compliant) and allowed to stand in an atmosphere of 23 ° C. × 50% for 24 hours. And after apply | coating the sample of the coating agent for exterior paints of the Example and comparative example which were prepared in Table 5 to the flexible board which carried out the sealer process previously so that it might be set to 150 gWET / m < 2 >, in 23 degreeC x 50% atmosphere Was cured for 7 days to produce an adhesion test plate. And it evaluated by the method based on JISK5600-5-6 (cross-cut method) in the following six steps. In addition, the classification 0 to the classification 1 was set as the pass, and the classification 2 or less was set as the rejection.

<評価基準>
・分類0:どの格子の目にも剥れがなかった。
・分類1:カットの交差点の塗膜の小さな剥れがあり、クロスカット部分の剥れは5%以下であった。
・分類2:塗膜がカットの縁に沿って及び/又は交差点で剥れがあり、クロスカット部分の剥れは5%を超えて15%未満であった。
・分類3:塗膜がカットの縁に沿って全面的に大剥れを生じ、クロスカット部分の剥れは15%以上35%未満であった。
・分類4:塗膜がカットの縁に沿って全面的に大剥れを生じ、クロスカット部分の剥れは35%以上であった。
・分類5:分類4以上の剥れがあった。
<Evaluation criteria>
-Classification 0: There was no peeling in the eyes of any lattice.
-Classification 1: There was a small peeling of the coating film at the intersection of the cut, and the peeling of the cross cut part was 5% or less.
Classification 2: The coating film was peeled along the edge of the cut and / or at the intersection, and the peeling of the crosscut portion was more than 5% and less than 15%.
Classification 3: The coating film was largely peeled along the edges of the cut, and the peeling of the crosscut portion was 15% or more and less than 35%.
Classification 4: The coating film was largely peeled along the edge of the cut, and the cross-cut part was 35% or more.
・ Category 5: There was peeling more than classification 4.

6.耐水性・密着性試験(湿式工法)
予めフレキシブル板(JIS A5430準拠)に「一液浸透シーラー」(日本ペイント社製)を100gWET/m2となるように塗布した後、23℃×50%の雰囲気下に24時間放置したものを用意した。そして、表5で調製した実施例及び比較例の外装塗料用コーティング剤のサンプルを上記したシーラー処理したフレキシブル板に150gWET/m2となるように塗布した後、23℃×50%の雰囲気下にて7日間養生し、耐水性・密着性試験板を作製した。その後、上記試験板を20℃の水に7日間没水した。そして、取り出して水洗後30分以内に、塗膜表面の状態を観察し、下記基準により、目視にて評価した。なお、◎、○を合格とし、△以下を不合格とした。
6). Water resistance and adhesion test (wet method)
Prepared by pre-applying “One-part-penetration sealer” (manufactured by Nippon Paint Co., Ltd.) to 100 g WET / m 2 on a flexible plate (JIS A5430 compliant) and then leaving it in an atmosphere of 23 ° C. × 50% for 24 hours. did. And after apply | coating the sample of the coating agent for exterior paints of the Example and comparative example which were prepared in Table 5 to the above-mentioned flexible board which carried out the sealer process so that it might be set to 150 gWET / m < 2 >, it was 23 degreeC x 50% of atmosphere. For 7 days to prepare a water resistance / adhesion test plate. Thereafter, the test plate was immersed in water at 20 ° C. for 7 days. And the state of the coating-film surface was observed within 30 minutes after taking out and washing with water, and it evaluated visually by the following reference | standard. In addition, (double-circle) and (circle) were set as the pass, and (triangle | delta) or less was set as the failure.

<評価基準>
◎:水に浸した塗膜に、膨れ、剥れ、割れ等はなかった。
○:水に浸した塗膜に、面積5%未満の膨れ、剥れ、割れ等があった。
△:水に浸した塗膜に、面積5%以上20%未満の膨れ、剥れ、割れ等があった。
×:水に浸した塗膜に、面積20%以上の膨れ、剥れ、割れ等があった。
<Evaluation criteria>
A: The coating film soaked in water did not swell, peel off or crack.
○: The coating film soaked in water had swelling, peeling, cracking, etc. with an area of less than 5%.
(Triangle | delta): The coating film immersed in water had the swelling of 5% or more and less than 20%, a peeling, a crack, etc.
X: The coating film immersed in water had swelling, peeling, cracking, etc. of an area of 20% or more.

Figure 2015166428
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本発明によれば、優れた造膜性と塗膜特性を備えた塗膜を形成することが可能な水性エマルションであって、特に、建物の外装壁面や窯業系サイディングボードへの密着性に優れた塗膜として形成されることが可能な水性エマルションが提供される。特に、本発明の水性エマルションは、塗膜が形成された場合に優れた密着性、耐水性、耐温水性、耐透水性を示すため、建物の外装壁面用や窯業系サイディングボード用のシーラー剤、エナメル・クリアートップ剤、塗料として有用である。   According to the present invention, it is an aqueous emulsion capable of forming a coating film having excellent film forming properties and coating film characteristics, and particularly excellent in adhesion to an exterior wall surface of a building or a ceramic siding board. A water-based emulsion that can be formed as a coated film is provided. In particular, the water-based emulsion of the present invention exhibits excellent adhesion, water resistance, hot water resistance, and water permeability when a coating film is formed, so that it is a sealer agent for exterior wall surfaces of buildings and ceramic siding boards. It is useful as an enamel clear top agent and paint.

Claims (10)

水系分散媒に、水性重合体粒子を乳化・分散させてなる水性エマルションであって、
前記水性重合体粒子は、2段以上の乳化重合反応により得られるコア−シェル構造を有し、
前記コア−シェル構造は、水性重合体Aからなるシェル層及び水性重合体Bからなるコア層から構成され、
前記シェル層を構成する前記水性重合体Aは、構成成分としてカルボキシル基非含有エチレン性不飽和単量体(a1)を80.0〜99.5質量%及びカルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a2)を0.5〜20.0質量%含むとともに、前記カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a2)由来のカルボキシル基が中和されてなり、ガラス転移温度が−40℃〜80℃で、且つ、重量平均分子量が50,000以上であり、
前記コア層を構成する前記水性重合体Bは、構成成分としてカルボキシル基非含有エチレン性不飽和単量体(b1)を含み、且つガラス転移温度が0℃〜120℃であり、
前記水性重合体Aと前記水性重合体Bとの質量比(水性重合体A/水性重合体B)は、0.5/99.5〜99.5/0.5であり(但し、前記乳化重合反応が3段以上である場合、前記水性重合体Bの質量とは前記コア層を構成する水性重合体の合計質量を意味する)、且つ、
下記条件(1)〜(2)を満たすことを特徴とする水性エマルション。
(1)前記コア層を形成する前記水性重合体Bのガラス転移温度≧前記シェル層を構成する前記水性重合体Aのガラス転移温度
(2)前記水性重合体粒子のガラス転移温度≧前記水性重合体粒子の最低造膜温度(但し、前記水性重合体粒子中には造膜助剤を含まない場合)
An aqueous emulsion obtained by emulsifying and dispersing aqueous polymer particles in an aqueous dispersion medium,
The aqueous polymer particles have a core-shell structure obtained by an emulsion polymerization reaction of two or more stages.
The core-shell structure is composed of a shell layer made of an aqueous polymer A and a core layer made of an aqueous polymer B,
The aqueous polymer A constituting the shell layer is composed of 80.0 to 99.5% by mass of a carboxyl group-free ethylenically unsaturated monomer (a1) as a constituent component and a carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer. In addition to containing 0.5 to 20.0% by mass of the body (a2), the carboxyl group derived from the carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer (a2) is neutralized, and the glass transition temperature is −40 ° C. to At 80 ° C. and a weight average molecular weight of 50,000 or more,
The aqueous polymer B constituting the core layer contains a carboxyl group-free ethylenically unsaturated monomer (b1) as a component, and has a glass transition temperature of 0 ° C. to 120 ° C.,
The mass ratio of the aqueous polymer A and the aqueous polymer B (aqueous polymer A / aqueous polymer B) is 0.5 / 99.5 to 99.5 / 0.5 (however, the emulsification) When the polymerization reaction is three or more stages, the mass of the aqueous polymer B means the total mass of the aqueous polymer constituting the core layer), and
An aqueous emulsion characterized by satisfying the following conditions (1) to (2).
(1) Glass transition temperature of the aqueous polymer B forming the core layer ≧ glass transition temperature of the aqueous polymer A constituting the shell layer (2) Glass transition temperature of the aqueous polymer particles ≧ the aqueous weight Minimum film-forming temperature of coalesced particles (provided that the film-forming aid is not included in the aqueous polymer particles)
前記カルボキシル基非含有エチレン性不飽和単量体(a1)は、アルキル基の炭素数が1〜12である(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体(環状アルキルエステルも含む)、ビニル基含有単量体、水酸基含有不飽和単量体、アミド基含有不飽和単量体、アルコキシシリル基含有不飽和単量体、及びピペリジル基含有不飽和単量体からなる群から選ばれる1種以上の単量体である請求項1に記載の水性エマルション。   The carboxyl group-free ethylenically unsaturated monomer (a1) is a (meth) acrylic acid alkyl ester monomer (including a cyclic alkyl ester) having an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, a vinyl group-containing monomer. One or more monomers selected from the group consisting of a monomer, a hydroxyl group-containing unsaturated monomer, an amide group-containing unsaturated monomer, an alkoxysilyl group-containing unsaturated monomer, and a piperidyl group-containing unsaturated monomer. The aqueous emulsion according to claim 1 which is a monomer. 前記カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a2)は、(メタ)アクリル酸、無水マレイン酸、及びイタコン酸からなる群から選ばれる1種以上の単量体である請求項1又は2に記載の水性エマルション。   The carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer (a2) is one or more monomers selected from the group consisting of (meth) acrylic acid, maleic anhydride, and itaconic acid. The aqueous emulsion as described. 形成された塗膜の透水量が1,500(ml/m2・24h)未満である請求項1〜3に記載の水性エマルション。 The water-based emulsion according to claim 1, wherein the formed coating film has a water permeability of less than 1,500 (ml / m 2 · 24 h). 2段以上の乳化重合反応によって、水系分散媒にコア−シェル構造を有する水性重合体粒子が乳化・分散された水性エマルションを得る水性エマルションの製造方法であって、
1段目の乳化重合反応として、水系分散媒中で、カルボキシル基非含有エチレン性不飽和単量体(a1)を80.0〜99.5質量%及びカルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a2)を0.5〜20.0質量%含む単量体の混合物を乳化重合反応させるとともに、前記1段目の乳化重合反応中、及び/又は前記1段目の乳化重合反応後に、塩基性化合物によって前記カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a2)由来のカルボキシル基を中和させることによって、前記水性重合体粒子の前記コア−シェル構造のシェル層を構成する水性重合体Aを得る工程と、
2段目の乳化重合反応として、前記シェル層を構成する前記水性重合体Aの存在下、カルボキシル基非含有エチレン性不飽和単量体(b1)を含む単量体の混合物を乳化重合反応させて、前記水性重合体粒子の前記コア−シェル構造のコア層を構成する水性重合体Bを得る工程と、
必要に応じて、3段目以降の乳化重合反応として、前記2段目の乳化重合反応を繰り返して、前記水性重合体粒子の前記コア−シェル構造の3段目以降のコア層を構成する水性重合体を得る工程と、を含み、
前記1段目の乳化重合反応により得られる前記シェル層を構成する前記水性重合体Aは、そのガラス転移温度が−40℃〜80℃で、且つ、その重量平均分子量が50,000以上であって、前記カルボキシル基の中和後に可溶化されずに乳白色エマルションを形成するものであり、
前記2段目以降の乳化重合反応により得られる前記水性重合体Bは、いずれも、そのガラス転移温度が0℃〜120℃であり、
前記水性重合体Aと前記水性重合体Bとの質量比(水性重合体A/水性重合体B)は、0.5/99.5〜99.5/0.5であり(但し、前記乳化重合反応が3段以上である場合、前記水性重合体Bの質量とは前記コア層を構成する水性重合体の合計質量を意味する)、且つ
下記条件(1)〜(2)を満たすことを特徴とする水性エマルションの製造方法。
(1)前記コア層を形成する前記水性重合体Bのガラス転移温度≧前記シェル層を構成する前記水性重合体Aのガラス転移温度
(2)前記水性重合体粒子のガラス転移温度≧前記水性重合体粒子の最低造膜温度(但し、前記水性重合体粒子中には造膜助剤を含まない場合)
An aqueous emulsion production method for obtaining an aqueous emulsion in which aqueous polymer particles having a core-shell structure are emulsified and dispersed in an aqueous dispersion medium by two or more stages of emulsion polymerization reaction,
As an emulsion polymerization reaction in the first stage, 80.0 to 99.5% by mass of a carboxyl group-free ethylenically unsaturated monomer (a1) and a carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer in an aqueous dispersion medium. A mixture of monomers containing 0.5 to 20.0% by mass of (a2) is subjected to an emulsion polymerization reaction, and during the first emulsion polymerization reaction and / or after the first emulsion polymerization reaction, An aqueous polymer A constituting the shell layer of the core-shell structure of the aqueous polymer particles by neutralizing the carboxyl group derived from the carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer (a2) with a functional compound. Obtaining a step;
As a second-stage emulsion polymerization reaction, a mixture of monomers containing a carboxyl group-free ethylenically unsaturated monomer (b1) is subjected to an emulsion polymerization reaction in the presence of the aqueous polymer A constituting the shell layer. Obtaining an aqueous polymer B constituting the core layer of the core-shell structure of the aqueous polymer particles;
If necessary, as the emulsion polymerization reaction after the third stage, the second stage emulsion polymerization reaction is repeated to form the aqueous layer constituting the third and subsequent core layers of the core-shell structure of the aqueous polymer particles. Obtaining a polymer, and
The aqueous polymer A constituting the shell layer obtained by the first emulsion polymerization reaction has a glass transition temperature of −40 ° C. to 80 ° C. and a weight average molecular weight of 50,000 or more. And forming a milky white emulsion without being solubilized after neutralization of the carboxyl group,
Each of the aqueous polymers B obtained by the emulsion polymerization reaction after the second stage has a glass transition temperature of 0 ° C to 120 ° C,
The mass ratio of the aqueous polymer A and the aqueous polymer B (aqueous polymer A / aqueous polymer B) is 0.5 / 99.5 to 99.5 / 0.5 (however, the emulsification) When the polymerization reaction has three or more stages, the mass of the aqueous polymer B means the total mass of the aqueous polymer constituting the core layer), and the following conditions (1) to (2) are satisfied. A method for producing an aqueous emulsion.
(1) Glass transition temperature of the aqueous polymer B forming the core layer ≧ glass transition temperature of the aqueous polymer A constituting the shell layer (2) Glass transition temperature of the aqueous polymer particles ≧ the aqueous weight Minimum film-forming temperature of coalesced particles (provided that the film-forming aid is not included in the aqueous polymer particles)
さらに、条件(3)前記シェル層を構成する前記水性重合体Aのカルボキシル基を中和した後のpHが5.0〜10.0であり、且つ中和後の吸光度が中和前の吸光度に対して99.5〜40%の比率であること、を満たす請求項5に記載の水性エマルションの製造方法。   Furthermore, condition (3) pH after neutralizing the carboxyl group of the aqueous polymer A constituting the shell layer is 5.0 to 10.0, and the absorbance after neutralization is the absorbance before neutralization. The manufacturing method of the water-based emulsion of Claim 5 which satisfy | fills that it is a ratio of 99.5-40% with respect to. 前記カルボキシル基非含有エチレン性不飽和単量体(a1)は、アルキル基の炭素数が1〜12である(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体(環状アルキルエステルも含む)、ビニル基含有単量体、水酸基含有不飽和単量体、アミド基含有不飽和単量体、アルコキシシリル基含有不飽和単量体、及びピペリジル基含有不飽和単量体からなる群から選ばれる1種以上の単量体である請求項5又は6に記載の水性エマルションの製造方法。   The carboxyl group-free ethylenically unsaturated monomer (a1) is a (meth) acrylic acid alkyl ester monomer (including a cyclic alkyl ester) having an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, a vinyl group-containing monomer. One or more monomers selected from the group consisting of a monomer, a hydroxyl group-containing unsaturated monomer, an amide group-containing unsaturated monomer, an alkoxysilyl group-containing unsaturated monomer, and a piperidyl group-containing unsaturated monomer. The method for producing an aqueous emulsion according to claim 5 or 6, which is a polymer. 前記カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a2)は、(メタ)アクリル酸、無水マレイン酸、及びイタコン酸からなる群から選ばれる1種以上の単量体である請求項5〜7のいずれか1項に記載の水性エマルションの製造方法。   The carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer (a2) is one or more monomers selected from the group consisting of (meth) acrylic acid, maleic anhydride, and itaconic acid. The manufacturing method of the aqueous emulsion of any one of Claims 1. 前記塩基性化合物は、アミン系化合物(アミノアルコール及びアンモニアを含む)、水酸化ナトリウム、並びに水酸化カリウムからなる群から選ばれる1種以上の化合物である請求項5〜8のいずれかに1項に記載の水性エマルションの製造方法。   The basic compound is one or more compounds selected from the group consisting of amine compounds (including amino alcohol and ammonia), sodium hydroxide, and potassium hydroxide. A method for producing an aqueous emulsion as described in 1. above. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の水性エマルション、又は請求項5〜9のいずれか1項に記載の水性エマルションの製造方法により得られた水性エマルションを用いて形成された、そのフィルムの透水量が、1,500(ml/m2・24h)未満であることを特徴とする水性コーティング剤フィルム。 The film formed using the aqueous emulsion of any one of Claims 1-4, or the aqueous emulsion obtained by the manufacturing method of the aqueous emulsion of any one of Claims 5-9. The water-permeable amount of water is less than 1,500 (ml / m 2 · 24h), and is a water-based coating agent film.
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