EP0129144A2 - Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Wärmeaustauscherflächen - Google Patents

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EP0129144A2
EP0129144A2 EP84106431A EP84106431A EP0129144A2 EP 0129144 A2 EP0129144 A2 EP 0129144A2 EP 84106431 A EP84106431 A EP 84106431A EP 84106431 A EP84106431 A EP 84106431A EP 0129144 A2 EP0129144 A2 EP 0129144A2
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EP
European Patent Office
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synthetic resin
coating
fine particles
resin coating
hydrophilic
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EP84106431A
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Hideaki Kaneko
Atsunori Yoshida
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Nihon Parkerizing Co Ltd
Original Assignee
Nihon Parkerizing Co Ltd
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Publication date
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    • B05D7/14—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to metal, e.g. car bodies
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2245/00—Coatings; Surface treatments
    • F28F2245/02—Coatings; Surface treatments hydrophilic

Definitions

  • the invention relates to a method for the surface treatment of heat exchanger surfaces which are provided with a thermoplastic synthetic resin coating.
  • heat exchangers are designed so that the areas of the heat-emitting and cooling parts are as large as possible to increase the heat-emitting or cooling effect, which is why they are constructed with an extremely small fin spacing.
  • air moisture condenses on the surface of the heat exchanger, especially in the fins. The more hydrophobic the fin surfaces are, the easier the condensed water forms water drops, clogs the fin gaps, increases the resistance to air and reduces the heat exchange rate.
  • the water droplets adhering in the lamellar gaps are blown into the air by the fan of the heat exchanger and are pressed out of the water collecting container attached at the bottom of the device. If necessary, the surroundings of the heat exchanger can be sprayed wet.
  • the heat exchanger surfaces In order to remove the moisture quickly, it is advantageous to make the heat exchanger surfaces hydrophilic in order to avoid clogging in the lamellar gaps of the cooling parts of the heat exchanger by residual water drops. Due to the hydrophilic design of the metal surface, the seepage capacity of the water is increased. A single treatment to increase the seepage capacity is not sufficient with regard to the required corrosion protection. Corrosion protection treatment is particularly necessary for aluminum heat exchanger surfaces.
  • the surface of the solid particles which have hydrophilic properties per se is enveloped by the synthetic resin, so that practically no hydrophilic surface can be achieved therewith.
  • synthetic resin coatings with the addition of a surface-active agent this is easily rinsed off by the water, so that the problem lies in the lack of durability of the hydrophilic property.
  • the methods according to (2) and (3), the Applying water glass, lithium silicate or fine silica particles gives a hydrophilic surface, but has the disadvantage that the coating adheres poorly and easily peels off. In particular, the excess parts dissolve easily and form a powder that can be easily whirled up. Water glass, lithium silicate etc.
  • the object of the present invention is to provide a method which imparts good hydrophilic properties to the surfaces of heat exchangers without having to accept the disadvantages of the known, in particular the aforementioned methods.
  • the object is achieved in that the method of the type mentioned at the outset is designed in accordance with the invention in such a way that hydrophilic fine particles are applied to the synthetic resin coating and these are partially embedded in the coating by heating to a temperature above the softening point of the synthetic resin.
  • vinyl resins such as polyvinyl acetate, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl butyral, polyvinyl formal
  • Polyolefins such as polystyrene, polyethylene, polypropylene, polyacetals
  • Polyacrylics such as polymethacrylate, Polyacrylate, polyhydroxyacrylate, polyacrylic acid and the like, as well as polyamides, polyurethanes, polybutadienes and their copolymers can be used.
  • the softening point of the thermoplastic synthetic resin differs depending on the type of resin, the degree of polymerization, etc. and cannot generally be stated. However, e.g. the appropriate value can be determined by puncture and softening tests according to the ring-ball method.
  • thermoplastic synthetic resin coating By heating the thermoplastic synthetic resin coating one uses the increasing adhesiveness and the softening of the coating, thus creating an intimate connection between the synthetic resin coating and the hydrophilic fine particles by embedding the fine particles in the softened synthetic resin layer. As a result, there is practically no detachment of the solid fine particles.
  • the metal surface to be treated, on which the thermoplastic resin coating is formed is previously heated to at least the softening point of the resin coating, after which the hydrophilic solid fine particles, e.g. by inflating.
  • the hydrophilic fine particles can also be sprayed on in the form of a dispersion or can be applied before the synthetic resin coating is heated.
  • the layer thickness of the formed within the inventive method of resin coating should be in the range of 0.05 to 20 / um, in particular in the range of 0.3 to 2 / um, are. Inadequate corrosion resistance will result if the coating is too thin and deteriorate thermal efficiency if it is too thick.
  • Fine particles of silica, silicate, alumina and calcium carbonate are particularly suitable as hydrophilic solid fine particles.
  • the fine particles should have a grain diameter of own up to 10 / um. Particularly preferred are those having a grain diameter of up to 2 / um.
  • the contact angle mentioned in the examples is the result of the measurement of a small drop of water of 1 to 2 mm in diameter standing on the solid surface with the aid of a goniometric contact angle meter GI for normal temperatures (manufactured by Elema Optics Co., Ltd.). The evaluation takes place according to
  • the amount of fine silica particles coated on the thermoplastic resin coating was 0.5 g / m 2 .
  • White powder peeling was not observed when the treated aluminum tape material was wiped with gauze.
  • the what Water contact angle was less than 10 w , the seepage properties were very good.
  • thermoplastic acrylic resin coating of 2 microns thickness on the surface of a colloidal aqueous suspension of silicic anhydride fine particles then applied for 30 min at room temperature (20 ° C) allowed to stand and dried.
  • the treated aluminum tape material was wiped with gauze, with the result that peeling of white flaky powder was observed. In particular, detachment of excessively strongly adhering parts stowed at the bottom became clear.
  • the contact angle of the water was 60 °, the seepage properties of the water were poor.
  • thermosetting urethane resin a coating of thermosetting urethane resin was formed and the rest of the procedure was as described above, a surface which could be wiped off with gauze was obtained.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Wärmeaustauscherflächen, die mit einem thermoplastischen Kunstharz-Überzug versehen sind, werden zur Aufbringung eines festhaftenden hydrophilen Überzuges auf den Kunstharz-Überzug hydrophile Feinpartikel auftragen und diese durch Erhitzen auf eine Temperatur oberhalb des Erweichungspunktes des Kuntharzes teilweise in den Uberzug eingebettet.
Der Kunstharz-Überzug sollte eine Schichtdicke im Bereich von 0,05 bis 20 µm, vorzugsweise im bereich von 0,3 bis 2 µm, aufweisen. Als hydrophile Feinpartikel sind Kieselsäure, Silikate, Tonerde und/oder Calciumkarbonat mit einer Korngröße von bis zu 10 µm, vorzugsweise von bis zu 2 µm, besonders geeignet. Ihre Auftragsmenge sollte 50 bis 2000 mg/m' betragen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Wärmeaustauscherflächen, die mit einem thermoplastischen Kunstharz-Uberzug versehen sind.
  • Üblicherweise werden Wärmeaustauscher so ausgelegt, daß zur Steigerung der wärmeabgebenden oder kühlenden Wirkung die Flächen der wärmeabgebenden und kühlenden Teile möglichst groß sind, weswegen sie mit äußerst geringem Lamellenabstand konstruiert werden. Wird der Wärmeaustauscher zu Kühlzwecken verwendet, kondensiert Luftfeuchtigkeit auf der Oberfläche des Wärmeaustauschers, insbesondere in den Lamellenspalten. Je hydrophober die Lamellenoberflächen sind, desto leichter bildet das Kondenswasser Wassertropfen, verstopft die Lamellenspalten, erhöht den Durchtrittswiderstand von Luft und senkt die Wärmeaustauschrate. Außerdem tritt der Nachteil auf, daß die in den Lamellenspalten haftenden Wassertropfen vom Ventilator des Wärmeaustauschers in die Luft geblasen und aus dem im Gerät unten angebrachten Wasserauffangbehälter herausgedrückt werden. Gegebenenfalls kann dadurch die Umgebung des Wärmeaustauschers naßgespritzt werden.
  • Auch bei Verwendung für Heizzwecke setzt sich im Winter an im Freien stehenden Geräten Reif-, Tau- und Nebelfeuchtigkeit an, welche die Heizwirkung verschlechtert. Von Zeit zu Zeit wird daher der Betrieb des Wärmeaustauschers umgekehrt, das im Freien stehende Gerät beheizt und die Feuchtigkeit beseitigt. Eine solche kurzzeitige und wirksame Beseitigung des Feuchtigkeitsniederschlages ist für die Funktion von kühlenden und heizenden Klimaanlagen unabdingbar.
  • Um die Feuchtigkeit rasch zu entfernen, ist es vorteilhaft, die Wärmeaustauscherflächen hydrophil zu gestalten, um eine Verstopfung in den Lamellenspalten der kühlenden Teile des Wärmeaustauschers durch zurückbleibende Wassertropfen zu vermeiden. Durch die hydrophile Ausgestaltung der Metalloberfläche wird gleichzeitig das Sickervermögen des Wassers gesteigert. Eine alleinige Behandlung zur Steigerung des Sickervermögens reicht jedoch im Hinblick auf den erforderlichen Korrosionsschutz nicht aus. Insbesondere bei Wärmeaustauscherflächen aus Aluminium ist eine Korrosionsschutzbehandlung erforderlich.
  • Als Verfahren, diesen Wärmeaustauscherflächen eine hydrophile Oberfläche zugeben, ist es u.a. bekannt:
    • 1. einen Polymerharz-Uberzug zu bilden, der Kieselerde-Partikel, Calciumcarbonat oder ein grenzflächenaktives Mittel enthält;
    • 2. auf eine eloxierte Schicht,einen Böhmit-Überzug, einen Kunstharz-Überzug, eine Chromat-Schicht Wasserglas, Lithiumsilikat oder Kieselerde-Kolloid aufzutragen;
    • 3. unmittelbar auf die Metalloberfläche Wasserglas, Lithiumsilikat oder Kieselerde-Kolloid aufzutragen.
  • Bei Mischüberzügen nach dem Verfahren gemäß (1) wird die Oberfläche der an sich hydrophile Eigenschaften aufweisenden festen Partikel vom Kunstharz eingehüllt, so daß damit praktisch keine hydrophile Oberfläche zu erzielen ist. Bei Kunstharz-Überzügen mit Zusatz eines oberflächenaktiven Mittels wird dieses durch das Wasser leicht abgespült, so daß das Problem in der mangelnden Dauerhaftigkeit der hydrophilen Eigenschaft liegt. Die Verfahren gemäß (2) und (3), die Wasserglas, Lithiumsilikat oder Kieselserde-Feinpartikel auftragen, verleihen eine hydrophile Oberfläche, haben jedoch den Nachteil, daß die Beschichtung schlecht haftet und sich leicht ablöst. Insbesondere lösen sich die überschüssigen Teile leicht und bilden ein Pulver, das leicht aufgewirbelt werden kann. Wasserglas, Lithiumsilikat etc. wird von dem an Teilen des Wärmeaustauschers kondensierten Wasser teilweise gelöst und staut sich in den unteren Partien der Lamellen. Beim Stillstand des Klimagerätes trocknen sie an und bilden Verbackungen bzw. führen bei Wiederingangsetzen zu aufgewirbeltem Pulver. Hinzu kommt, daß das Behandeln der Oberfläche zum Erzielen hydrophiler Eigenschaft insofern schwierig ist, als durch Stauen der Behandlungslösung ein zu dicker Überzug entsteht, so daß mit möglichst geringen Uberzugsmengen behandelt wird. Dies wiederum hat den Nachteil, daß keine genügende hydrophile Eigenschaft erreicht wird.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, das den Flächen von Wärmeaustauschern gute hydrophile Eigenschaften vermittelt, ohne die Nachteile der bekannten, insbesondere der vorgenannten Verfahren in Kauf nehmen zu müssen.
  • Die Aufgabe wird gelöst, indem das Verfahren der eingangs genannten Art entsprechend der Erfindung derart ausgestaltet wird, daß man auf den Kunstharz-Überzug hydrophile Feinpartikel aufträgt und diese durch Erhitzen auf eine Temperatur oberhalb des Erweichungspunktes des Kunstharzes teilweise in den Überzug einbettet.
  • In der ersten Stufe des Verfahrens kommen Kunstharze zum Einsatz, die allgemein hohe Korrosionsbeständigkeit vermitteln. Es können insbesondere Vinylharze, wie Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylbutyral, Polyvinylformal; Polyolefine, wie Polystyrol, Polyethylen, Polypropylen, Polyacetale; Polyacryle, wie Polymetacrylat, Polyacrylat, Polyhydroxyacrylat, Polyacrylsäure und dergl., sowie Polyamide, Polyurethane, Polybutadiene und deren Copolymere verwendet werden.
  • Der Erweichungspunkt der thermoplastischen Kunstharze ist je nach Art des Harzes, des Polymerisationsgrades usw. verschieden und läßt sich nicht generell angeben. Doch kann z.B. durch Einstich- und Erweichungstests gemäß der Ring-Kugel-Methode der jeweils geeignete Wert ermittelt werden.
  • Durch Erhitzen des thermoplastischen Kunstharz-Überzuges nutzt man die steigende Klebfähigkeit und das Erweichen des Überzuges, führt so eine innige Verbindung zwischen dem Kunstharz-Überzug und den hydrophilen Feinpartikeln herbei, indem die Feinpartikel in die erweichte Kunstharz-Schicht eingebettet werden. Ein Ablösen der festen Feinpartikel tritt dadurch prak- tisch nicht auf.
  • In der Regel wird die zu behandelnde Metalloberfläche auf der der thermoplastische Kunstharz-Überzug gebildet ist, zuvor auf mindestens den Erweichungspunkt des Harzüberzuges erhitzt, worauf man die hydrophilen festen Feinpartikel, z.B. durch Aufblasen, aufträgt. Auch können die hydrophilen Feinpartikel in Form einer Dispersion aufgesprüht werden bzw. kann der Auftrag vor dem Erhitzen des Kunstharz-Überzuges erfolgen.
  • Die Schichtdicke des innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens gebildeten Kunstharz-Überzuges sollte im Bereich von 0,05 bis 20 /um, insbesondere im Bereich von 0,3 bis 2 /um, liegen. Es ergibt sich eine unzureichende Korrosionsbeständigkeit, wenn der Überzug zu dünn ist, und ein verschlechterter Wärmewirkungsgrad, wenn er zu dick ist.
  • Als hydrophile feste Feinpartikel sind insbesondere Feinpartikel aus Kieselsäure, Silikat, Tonerde und Calciumcarbonat geeignet. Die Feinpartikel sollten einen Korndurchmesser von bis zu 10 /um besitzen. Besonders bevorzugt sind solche mit einem Korndurchmesser von bis zu 2 /um.
  • Für die Menge der aufgebrachten hydrophilen Feinpartikel empfehlen sich 50 bis 2000 mg/m2.
  • Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele beispielsweise und näher erläutert.
  • Der in den Beispielen genannte Randwinkel ist das Ergebnis der Messung eines auf der festen Oberfläche stehenden kleinen Wassertropfens von 1 bis 2 mm Durchmesser mit Hilfe eines goniometrischen Randwinkelmessers G-I für Normaltemperaturen (Fabr. Elema Optics Co., Ltd.). Die Bewertung erfolgt gemäß
    Figure imgb0001
    • Beispiel
  • Auf die Oberfläche entfetteten und gereinigten Aluminiumband-Materials für Wärmeaustauscher wurde eine Emulsion eines thermoplastischen Acrylharzes aufgetragen, in einem Umluftofen bei 130 0 3 Minuten getrocknet und so ein Überzug von 2 /um gebildet. Anschließend wurde eine kolloide wäßrige Suspension von Kieselsäureanhydrid-Feinpartikeln aufgetragen, in einem Umluftofen bei 130 °C 5 min erhitzt und getrocknet. Das Aluminiumband wurde dann aufgewickelt.
  • Die Menge der auf dem thermoplastischen Kunstharz-Überzug aufgetragenen Kieselsäureanhydrid-Feinpartikel betrug 0,5 g/m2. Beim Abwischen des behandelten Aluminiumband-Materials mitGaze wurde ein Ablösen weißen Pulvers nicht festgestellt. Der Wasser-Randwinkel lag unter 10w, die Sickereigenschaft war sehr gut.
    • Vergleichsbeispiel
  • Nach dem gleichen Verfahren wie im Beispiel wurde auf der Oberfläche von Aluminiumband-Material für Wärmeaustauscher ein thermoplastischer Acrylharz-Überzug von 2 /um Schichtdicke gebildet, alsdann eine kolloide wäßrige Suspension von Kieselsäureanhydrid-Feinpartikeln aufgetragen, 30 min bei Raumtemperatur (20 °C) stehengelassen und getrocknet.
  • Das behandelte Aluminiumband-Material wurde mit Gaze abgewischt mit dem Ergebnis, daß ein Ablösen weißen, schuppenförmigen Pulvers festgestellt wurde. Insbesondere wurde ein Ablösen übermäßig stark anhaftender, unten gestauter Teile deutlich. Der Randwinkel des Wassers betrug 60°, die Sickereigenschaft des Wassers war schlecht.
  • Wurde anstelle des thermoplastischen Acrylharzes ein Überzug von hitzehärtbarem Urethanharz gebildet und im übrigen wie vorstehend beschrieben vorgegangen, erhielt man eine mit Gaze abwischbare Oberfläche.

Claims (5)

1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Wärmeaustauscherflächen, die mit einem thermoplastischen Kunstharz-Überzug versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß man auf den Kunstharz-Überzug hydrophile Feinpartikel aufträgt und diese durch Erhitzen auf eine Temperatur oberhalb des Erweichungspunktes des Kunstharzes teilweise in den Überzug einbettet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Kunstharz-Überzug mit einer Schichtdicke im Bereich von 0,05 bis 20 /um, vorzugsweise im Bereich von 0,3 bis 2 /um, aufbringt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als hydrophile Feinpartikel Kieselsäure, Silikate, Tonerde und/oder Calciumkarbonat aufbringt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Feinpartikel mit einer Korngröße von bis zu 10 /um, vorzugsweise von bis zu 2 /um, aufbringt.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenzeichnet, daß man Feinpartikel in einer Menge von 50 bis 2000 mg/m2 aufbringt.
EP84106431A 1983-06-09 1984-06-05 Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Wärmeaustauscherflächen Withdrawn EP0129144A3 (de)

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JP101644/83 1983-06-09
JP10164483A JPS59229198A (ja) 1983-06-09 1983-06-09 熱交換器の表面処理法

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EP0129144A3 EP0129144A3 (de) 1986-08-13

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EP84106431A Withdrawn EP0129144A3 (de) 1983-06-09 1984-06-05 Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Wärmeaustauscherflächen

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BR8402754A (pt) 1985-05-14
EP0129144A3 (de) 1986-08-13
DE3420851A1 (de) 1984-12-13
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