JP3141703B2 - 高親水性塗料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高親水性塗料に関す
る。詳しくは、空調機用熱交換器のアルムミニウムフィ
ン表面に高度な親水性の持続性及び耐蝕性を付与する好
適な高親水性塗料に関する。さらに、詳しくは、特定の
形状のアルミナゾルを含有する高親水性塗料に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、空調機の熱交換器にはその優れた
加工性・熱伝導性の点からアルミニウムおよびその合金
が広く利用されている。空調機の熱交換器は、冷房時に
発生する凝縮水が水滴となって、フィン間に水のブリッ
ジを形成し、通風抵抗を増大せしめ熱交換率を悪化させ
るので、フィン材の表面に親水化処理を施すのが一般的
である。一方近年、家電製品には小型化が強く求めら
れ、空調機も例外ではない。特に空調機の中でも大容積
を占める熱交換器には最も強く小型化が求められる。こ
のような要求に伴うフィン形状の複雑化、フィン間隔の
狭小化の傾向は、フィンに、より一層の親水性の向上を
課すものである。

【０００３】アウミニウムフィンに親水性を付与する方
法には、化成処理、親水性塗料を塗布する等の方法があ
る。しかしながら、化成処理は一般的に穴空け等のフィ
ン加工の後に施されるため、生産性に劣るという欠点を
有していた。

【０００４】この問題点を解決するために、フィン加工
前に水ガラスや親水性塗料を塗布する方法が提案され
た。このような親水性塗料としては、有機親水性樹脂か
らなる塗料や合成シリカ等を含有する塗料等が挙げられ
る。しかし、有機親水性樹脂、例えば水性ナイロン、水
性アクリル樹脂、ポリビニルアルコール、ポリビニルピ
ロリドン等を用いた場合は、親水性が不十分だったり、
親水性と防食性のバランスがとれなかったり、あるいは
臭気抑制（防止）効果が不十分だったりといった問題点
を有していた。一方親水性を付与するために合成シリカ
等を含有する塗料を用いた場合には、親水性や防食性は
通常の有機親水性塗料よりも優れているが、塗膜が硬い
ため穴空け等の加工に用いる金型・加工工具等の摩耗が
激しく工具の寿命が短くなるという問題点や、臭気抑制
（防止）効果が不十分だったりといった問題点を有して
いた。また、水ガラスを塗布した場合には、合成シリカ
等を含有する塗料を用いた場合と同様に工具の寿命が短
くなるという問題点の他に、近年特に問題になっている
酸性雨による傷みが激しいという欠点も有していた。

【０００５】上記のような問題点に対し、親水性、防食
性に優れ、工具の寿命を短くしないような比較的軟らか
い塗膜を与える塗料が望まれてきた。

【０００６】これに対して合成シリカ等を含有しない親
水性塗料としては、特開平５─２２２３４号公報にはポ
リ（メタ）アクリル酸とAl、Sn、Co、La、Ce、Ta等の硝
酸塩からなる樹脂皮膜、特開平４─３６６１８２号公報
にはポリビニルピロリドンとポリビニルアルコ─ルによ
る親水性処理塗膜等が開示されている。

【０００７】また特開平３─２５２４６１号公報にはポ
リエステル系ウレタンのベ─スコ─ト上にカルボキシル
メチルセルロ─ス誘導体とN-メチロ─ルアクリルアミド
による親水化処理皮膜を塗布、特開昭６３─１７１６８
３号公報においてはポリアクリルアミド、スチレンスル
フォン酸、水溶性ウレタン（ベ─スコ─ト・トップコ─
トいずれにも使用）による親水性処理塗膜等が開示され
ている。

【０００８】しかしながら、これらは親水性の点で不十
分であり、実用には供さない。一般にアルミニウムフィ
ンには、塗膜形成直後すなわち初期の親水性だけでな
く、各種の試験後にも十分に親水性を保持していること
が求められる。親水持続性試験は凝縮水・雨水による流
水のみならず、暖房時の熱媒による５０℃の乾燥工程を
想定し、少なくとも流水８時間浸漬、５０℃１６時間乾
燥を１サイクルとし、２０サイクル以上の評価が必要で
あるが、上記の各塗膜又は処理剤を用いた表面処理方法
では親水性を十分に満たしてはいない。

【０００９】上記の他に合成シリカ等を含有しないで、
アルミナゾルやアルミナを含有するものが、特開昭５７
−１３４５７２号公報、特開昭５８−７６４６２号公
報、特開昭５９−２０５５９６号公報、特開昭５９−２
２９１９７号公報、特開昭６０−１６４１６８号公報、
特開昭６３−２４９６４３号公報、特開昭６３−２６２
２３８号公報、特開昭６３−２６２２３９号公報等いく
つか提案されている。

【００１０】特開昭５７−１３４５７２号公報には、ア
ルミナゾルやシリカゾルを含有する酸系処理液でアルミ
ニウム材を化成処理する方法が開示されている。アルミ
ナゾルやシリカゾルを用いることで、表面積を大きくし
水に対する濡れ性を向上させようとしたものと思われる
が、アルミナゾルを凝集せしめないので親水性が不十分
である。

【００１１】特開昭５８−７６４６２号公報には、アル
ミナゾルと特定のカルボン酸塩、スルホン酸塩、ホスホ
ン酸塩の群から選ばれる１種以上とを組み合わせる防曇
性のコーティング組成物が開示されている。しかしなが
ら、これは合成樹脂フィルム、合成樹脂板、ガラス板を
対象としたものであるので、アルミニウム材との密着性
に劣る。また、この発明においてもアルミナゾルを凝集
せしめないので親水性が不十分である。

【００１２】特開昭５９−２０５５９６号公報には、ア
ルミニウム板上に耐食性被覆層が設けられ、該耐食性被
覆層の表面にケイ酸、ケイ酸塩、シリカゾル、アルミナ
ゾルからなる親水性被覆層が形成されているアルミニウ
ム製のフィン材が開示されている。しかしながら、この
親水性被覆層はケイ酸、ケイ酸塩、シリカゾル、アルミ
ナゾルの分散液をそのままアルミニウム板上に塗工し、
焼き付けたものであるので、ケイ酸、ケイ酸塩、シリカ
ゾルを用いた場合には、塗膜が硬いので前述したように
工具の寿命を短くするという問題点があり、また、アル
ミナゾルを用いた場合でも、凝集させずに用いるので水
の接触角が３０〜３５°と、親水性の点で不十分であ
る。

【００１３】特開昭５９−２２９１９７号公報には、ア
ルミニウム板上に耐食性の表面処理皮膜を形成させた後
に、アルミナ微粒子を含有する懸濁水溶液を塗布するア
ルミニウム製熱交換器の表面処理方法が開示されてい
る。しかしながら、アルミナ微粒子を含有する懸濁水溶
液は、単独で用いた場合は親水性の点で不十分であり、
ポリエチレンオキサイド熱可塑性高分子樹脂と併用した
場合には、単独系よりは多少親水性は改善されるもの
の、一度凝集させないアルミナゾルでは十分な親水性を
確保できない。

【００１４】特開昭６０−１６４１６８号公報には、ポ
リアミドイミド樹脂、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、リン酸カルシウムを
主成分とするガラスフリットからなるコーティング層を
形成した熱交換器が開示されている。しかしながら、こ
の発明における熱交換器は空調機の熱交換器ではなく、
従ってそのコーティング層も親水性や防食性向上を狙っ
たものではなく、耐熱性向上を目指したものであるの
で、このコーティング組成物を空調機のアルミニウムフ
ィン熱交換器に用いても、フィン間の水のブリッジ形成
を防ぐことはできない。また、ここに示されるＡｌ₂ Ｏ
₃ はアルミナであり、合成シリカ同様硬い皮膜を形成す
るので、工具の寿命を短くするため空調機のアルミニウ
ムフィン熱交換器には不適当なものである。

【００１５】特開昭６３−２４９６４３号公報には、ア
ルミニウム板の両面に耐食性皮膜を形成させた後に、一
方の耐食性皮膜の表面に親水性無機材料とカルボニル基
を有する低分子有機化合物とよりなる親水性第１皮膜が
形成され、もう一方の耐食性皮膜の表面に水溶性有機高
分子化合物、または水溶性有機高分子化合物とカルボニ
ル基を有する低分子有機化合物とよりなる親水性第２皮
膜が形成されている熱交換器用のフィン材が開示されて
いる。そして、親水性第１皮膜を形成する親水性無機材
料の１例としてアルミナゾルが挙げられている。しかし
ながら、一度凝集させないアルミナゾルでは十分な親水
性を確保できない。さらに、親水性第１皮膜は低分子有
機化合物を用いるものなので皮膜形成性能に劣り、脆い
皮膜しか形成できないという問題点があった。

【００１６】特開昭６３−２６２２３８号公報には、ア
ルミニウムもしくはアルミニウム合金の薄板上に有機あ
るいは無機の耐食性皮膜を形成させ、その上に水溶性セ
ルロース（もしくはポリビニルアルコール）、アルミナ
ゾル、メラミン樹脂、尿素樹脂、ベンゾグアナミン樹脂
等のアミノ樹脂からなる被覆層が形成されている熱交換
器フィン材が開示されている。しかしながら、一度凝集
させないアルミナゾルでは十分な親水性を確保できな
い。

【００１７】特開昭６３−２６２２３９号公報には、ア
ルミニウムもしくはアルミニウム合金の薄板上に、水溶
性セルロース（もしくはポリビニルアルコール）、アル
ミナゾル、クロム化合物とからなる被覆層が形成されて
いる熱交換器フィン材が開示されている。しかしなが
ら、一度凝集させないアルミナゾルでは十分な親水性を
確保できない。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】上記の各種の問題点に
鑑み、検討を重ねた結果、親水性、防食性に優れ、工具
の寿命を短くしないような比較的軟らかい塗膜を与える
非シリカ系の高親水性塗料塗料を見出し、本発明に至っ
た。

【００１９】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、ア
ルミナゾル（ａ）に塩基性化合物を加え凝集せしめたア
ルミナゾル凝集物（ａ’）および水溶性樹脂又は水分散
性樹脂（ｂ）を含有することを特徴とする塗料である。

【００２０】本発明に用いられるアルミナゾル（ａ）
は、アルミナ水和物の水分散体であり、水中の陰イオン
を安定剤として分散してなる２〜１００ｎｍのコロイド
の大きさを持つものである。具体的には、日産化学
（株）製「アルミナゾル−１００」、「アルミナゾル−
２００」、「アルミナゾル−５２０」、川研ファインケ
ミカル（株）製「アルミナクリア─ゾル」、「アルミゾ
ル−１０」、触媒化成（株）製「アルミナゾルＡＳシリ
ーズ」等が挙げられる。

【００２１】本発明においては特定の形状・形態の比較
的大きなアルミナゾルが好適に使用される。すなわち、
羽毛状、棒状あるいは樹枝状の形状・形態を有すること
によって、比表面積を大きくするとともに、毛細管現象
によって水に対する濡れ性が向上し得たものである。こ
の様な特殊な形状・形態のアルミナゾルの市販品として
は、前記の日産化学（株）製のアルミナゾルが挙げられ
る。

【００２２】本発明に用いられるアルミナゾル（ａ）
は、不定型ゲルからベーマイトに移行する途中の段階に
あり、この状態は凝集過程および通常のコイルコートの
塗膜の焼付け条件（例えば、２５０℃×２０秒）程度で
は、変化しない。この不定型ゲルからベーマイトに移行
する途中の段階のアルミナゾルは、コロイダルシリカと
比較して軟らかく、従って、このアルミナゾルを含有す
る皮膜を加工する際のプレス加工機の刃の磨耗も極めて
少ない。

【００２３】また、本発明に用いられるアルミナゾル
（ａ）はそのまま水溶性樹脂又は水分散性樹脂（ｂ）に
添加しても、塗膜の親水性は十分には確保しがたい。す
なわち、本発明において、アルミナゾル（ａ）は、水溶
性樹脂又は水分散性樹脂（ｂ）との混合に先立ち、予め
塩基性化合物を加え、凝集せしめてアルミナゾル凝集物
（ａ’）として用いることが重要である。凝集に用いら
れる塩基性化合物としては、アンモニア、アミン化合物
および水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリ
ウム等が挙げられ、これらの群より選ばれる少なくとも
１種以上を併用することも可能である。

【００２４】アルミナゾル凝集物（ａ’）は、アルミナ
ゾル（ａ）に直にアンモニア、アミン化合物および水酸
化ナトリウム等の塩基性化合物の群より選ばれる少なく
とも１種以上を加えて得られるが、塩基性化合物の添加
に先立って、先ずアルミナゾル（ａ）を１〜５％程度に
水で希釈し、ついでノニオン系あるいはカチオン系の乳
化剤を加え、それから塩基性化合物を添加して凝集せし
めてもよい。あるいは、アニオン系の乳化剤を用いて凝
集せしめることも可能である。

【００２５】本発明に用いられるアルミナゾル凝集物
（ａ’）は、平均粒径０．５〜２０μｍのであることが
望ましい。本発明は、該アルミナゾル凝集物（ａ’）を
用いることによって、膜厚が０．５〜２μｍの親水性塗
膜の表面を粗面化して水との接触表面積を大きくするこ
とに成功したものである。平均粒径が 0．５μｍより小
さいものは塗膜に埋もれてしまい、平均粒径が２０μｍ
より大きいものはブツ等の塗膜欠陥となり、いずれも使
用に適さない。

【００２６】塩基性化合物の添加によって得られたアル
ミナゾル凝集物（ａ’）が大き過ぎる場合には、遠心分
離または濾過等の手段によって分級してから用いること
ができる。

【００２７】本発明に用いられるアルミナゾル凝集物
（ａ’）は、塗料固形分１００重量部中、０．１〜５０
重量部含有することが望ましい。０．１重量部未満だ
と、親水性の点で不十分であり、５０重量部を超えると
粘度が増大し塗装性が悪くなる。

【００２８】本発明に用いられる水溶性樹脂又は水分散
性樹脂（ｂ）とは、基材に本質的に親水性の塗膜を形成
し、アルミナゾル凝集物（ａ’）を該塗膜中に固定する
ために配合するものである。例えば、セルロ−ス系、ア
クリル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリエ−
テルポリオ−ル系、ポリアミド系、エポキシ樹脂系等の
水溶性樹脂又は水分散性樹脂の１種又は２種以上の混合
系が挙げられる。

【００２９】水溶性樹脂又は水分散性樹脂（ｂ）は、塗
料固形分１００重量部中、５０〜９９．９重量部含有す
ることが望ましい。５０重量部未満だと相対的にアルミ
ナゾル凝集物（ａ’）の含有量が大きくなり、粘度が増
大し塗装性が悪くなる。一方、９９．９重量部を超える
と相対的にアルミナゾル凝集物（ａ’）の含有量が小さ
くなり、親水性が不十分になる。

【００３０】本発明の塗料には、上記成分（ａ）、
（ｂ）以外に、必要に応じて界面活性剤、親水性の粒
子、抗菌剤、滑剤、着色剤、溶剤等を配合しても良い。

【００３１】本発明の高親水性塗料は、アルミニウムフ
ィン材に塗装するプレコ−ト塗料として用いられること
ができるほかに、加工されたフィンに塗装するポストコ
−ト塗料としても使用することができる。

【００３２】

【実施例】次に実施例により本発明を説明する。

【００３３】合成例１ ５００ｃｃの三つ口フラスコに脱イオン水２２０ｇとヒ
ドロキシエチルアクリレート（ＨＥＡ）２０ｇと過硫酸
アンモニウム０．４ｇを仕込み、６０℃に保って攪拌す
る。２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン
酸（２ＡＡ２ＭＰＳＡ）１６０ｇを１時間かけて滴下
し、５０分毎に過硫酸アンモニウム０．４ｇ（５％水溶
液）を４回添加し、重合を完了させ、水溶性アクリル樹
脂を得た。

【００３４】合成例２〜４（水溶性アクリル樹脂〜
の合成例） 表１に示す組成（重量比）で合成例１同様に水溶液重合
を行い、水溶性アクリル樹脂〜を得た。

【００３５】

【表１】

【００３６】実施例１ 日産化学（株）製のアルミナゾル−１００（不揮発分10
％）１０部をイオン交換水９部で希釈し、高速攪拌しな
がら25％アンモニア水１部を徐々に滴下して、アルミナ
ゾルを凝集せしめた。日機装（株）製マイクロトラック
ＭＫ−II粒度分析計にて、該凝集物の粒径を測定したと
ころ、平均粒径が１９μｍであった。合成例１で得られ
た水溶性アクリル樹脂を乾燥重量で７０部、該凝集物
を３０部を攪拌下で混合し、イオン交換水で希釈して不
揮発分１０％の親水性塗料を調整した。予め燐酸クロメ
−ト処理を施したアルミ板に、バ−コ−タ−No.６によ
り塗布後、２５０℃のガスオ−ブン（風速毎秒２ｍ）に
て２０秒間焼き付けして約１μｍの塗膜厚のアルミニウ
ム塗装材を得た。

【００３７】実施例２〜４ 実施例１と同様にしてアルミナゾルの種類を変えて、合
成例１による水溶性アクリル樹脂を用いて親水性塗料
を調整し、アルミニウム塗装材を得た。実施例２は日産
化学（株）製のアルミナゾル−２００、実施例３は日産
化学（株）製のアルミナゾル−５２０（不揮発分20％を
10％に希釈して）、実施例４は川研ファインケミカル
（株）製アルミゾル−10を用いた。各アルミナゾル凝集
物の平均粒径は１６μｍ、２μｍ、１０μｍであった。

【００３８】実施例５ 日産化学（株）製のアルミナゾル−１００を実施例１の
アンモニアと同モルのジメチルアミノエタノ−ルにて凝
集せしめ、以下同様にして合成例１による水溶性アクリ
ル樹脂を用いて親水性塗料を調整し、アルミニウム塗
装材を得た。

【００３９】実施例６ 日産化学（株）製のアルミナゾル−１００を実施例１の
アンモニアと同モルの水酸化ナトリウム水溶液にて凝集
せしめ、以下同様にして合成例１による水溶性アアクリ
ル樹脂を用いて親水性塗料を調整し、アルミニウム塗
装材を得た。

【００４０】実施例７〜８ 実施例１と同様に調整されたアルミナゾル凝集物と合成
例１による水溶性アクリル樹脂の組成比を変えて、親水
性塗料を調整し、アルミニウム塗装材を得た。実施例７
は乾燥重量で、水溶性アクリル樹脂を９９．９部とア
ルミナゾル凝集物を０．１部混合し、実施例８は乾燥重
量で、水溶性アクリル樹脂を５０部とアルミナゾル凝
集物を５０部混合した。

【００４１】実施例９〜１１ 水溶性アクリル樹脂の代わりに、合成例２〜４で得ら
れた水溶性アクリル樹脂〜を用いた以外は実施例２
と同様にして、親水性塗料を調整し、アルミニウム塗装
材を得た。

【００４２】実施例１２〜１５ 水溶性アクリル樹脂の代わりに、表２に示すようにア
ニオン系以外の種々の水溶性樹脂を用いた以外は実施例
２と同様にして、親水性塗料を調整し、アルミニウム塗
装材を得た。

【００４３】実施例１６ 合成例１による水溶性アクリル樹脂を乾燥重量で６０
部、ポリウレタンのエマルション（ス−パ−フレックス
110 ：第一工業製薬（株）製）を乾燥重量で１０部、ア
ルミナゾル−２００のアンモニアによる凝集物を３０部
混合し、以下実施例２と同様にして、親水製塗料を調整
し、アルミニウム塗装材を得た。

【００４４】実施例１７ 水溶性ナイロン（ＡＱ−ナイロン A-90：東レ（株）
製）を乾燥重量で５０部、水溶性ポリウレタン（エラス
トロンW-11：第一工業製薬（株））を乾燥重量で３０
部、アルミナゾル−２００のアンモニアによる凝集物を
１０部、アルギン酸カルシウムビ−ズ（日清紡（株）
製）を１部混合し、以下実施例２と同様にして、親水性
塗料を調整し、アルミニウム塗装材材を得た。

【００４５】比較例１ 合成例１で得られる水溶性アクリル樹脂を実施例１同
様に、燐酸クロメ−ト処理アルミ板に塗布・焼き付けを
してアルミニウム塗装材を得た。

【００４６】比較例２ ＡＱ−ナイロン A-90を乾燥重量で５０部、エラストロ
ンW-11を乾燥重量で３０部、アルミナゾル−２００を２
０部（凝集させずに一次分散体の状態で）混合し、以下
実施例２と同様にして、親水性塗料を調整し、アルミニ
ウム塗装材を得た。

【００４７】以上実施例１〜１７、比較例１〜２の親水
性塗料の組成を表２に記載した。

【００４８】

【表２】

【００４９】得られた各アルミニウム塗装材（親水性塗
膜）に対して、下記の通り親水持続試験、密着性試験、
耐蝕性試験を行った。

【００５０】（１）親水持続試験 塗装されたアルミニウム板を水道水（流水量毎分３リッ
トル／分）に８時間浸漬した後、５０℃の電気オ−ブン
で１６時間乾燥させる事を１サイクルとして、２０サイ
クル迄続けて水接触角を測定した。水接触角の測定は、
サンプルを水平に置きその上に純水５μl を滴下し、接
触角計（ＣＡ−Ｚ：協和界面科学（株）製）により測定
した。評価は以下の通りである。 ◎：５°未満 ○：５°以上２０°未満 △ ２０°以上３０°未満 ×：３０°以上

【００５１】（２）密着性試験 塗装されたアルミニウム板を乾いたウエスで拭き、評価
した。 ◎：拭き取れない ○：表層が拭き取れるが基材の上に一層残る ×：拭き取れる

【００５２】（３）耐蝕性試験 塗装されたアルミニウム板に対して塩水噴霧試験を４０
０時間行い、腐食部分の面積の割合を評価した。 ◎：０％以上１％未満 ○：１％以上５％未満 ×：５％以上

【００５３】試験（１）〜（３）の結果を表３に示す。

【００５４】

【表３】

【００５５】

【発明の効果】本発明の親水性塗料を乾燥・硬化せしめ
た塗膜は、極めて良好な親水持続性を有しており、密着
性、耐蝕性も良好である。無定形ゲル状態であるアルミ
ナゾルの添加は、金型の磨耗を極めて少なくし、金型の
寿命を延ばすという効果も有しおり、該親水性塗料は熱
交換器用アルミニウム製フィン材等に好適な親水性塗膜
を提供するものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−262239（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−152573（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−235973（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−100823（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−147930（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−372（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C09D 5/08

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミナゾル（ａ）に塩基性化合物を加
   え凝集せしめたアルミナゾル凝集物（ａ’）および水溶
   性樹脂又は水分散性樹脂（ｂ）を含有することを特徴と
   する高親水性塗料。
2. 【請求項２】 アルミナゾル（ａ）が、羽毛状、棒状あ
   るいは樹枝状の形状・形態を有することを特徴とする請
   求項１記載の高親水性塗料。
3. 【請求項３】 アルミナゾル凝集物（ａ’）の平均粒径
   が０．５〜２０μｍであることを特徴とする請求項１な
   いし２いずれか記載の高親水性塗料。