JPH02215871A - 親水性被覆剤、フィン用アルミニウム又はアルミニウム合金板材および熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、金属、とくにアルミニウム材またはアルミニ
ウム合金材（以下単にアルミニウム合金材という）の表
面に親水性を発現させる皮膜を形成させるために塗布さ
れる組成物、その組成物を熱硬化させたアルミニウム合
金板材およびそれを被覆した熱交換器に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

金属材料の表面は、親水性に乏しいため、熱交換器のフ
ィンや、印刷の平板印刷版材には、親水性皮膜を被覆し
て使用されている。以下、本明細書においては空調機を
例に挙げてその熱交換器のフィンの場合について述べる
こととする。

最近の空調用熱交換器は、軽量化のために、熱効率の向
上とコンパクト化が要求され、フィン間隔をでき得る限
り狭くする設計が取入れられてきた。空調用熱交換器は
、冷房運転中に空気中の水分がアルミニウムフィンの表
面に凝縮水となって付着する。金属材料の表面は、一般
に親水性に乏しいため、この凝縮水は第１図に示すよう
にフィン表面に半円形もしくはフィン間にブリッジ状に
なって存在することになる。

これはフィン間の空気の流れを妨げ、通風抵抗を増大さ
せ、熱交換効率を著しく低下させる原因となっていた。

熱交換器の熱効率を向上させるには、フィン表面の凝縮
水を迅速に排除することが必要である。この解決法とし
て、（１）アルミニウム合金フィン表面に高親水性皮膜
を形成し、凝縮水を薄い水膜として流下せしめる （２）アルミニウム合金フィン表面に撥水性皮膜を形成
し、凝集水を表面に付着させないようにする ことが考えられるが、（２）の方法は、現時点ではきわ
めて困難である。

親水性を得るためには表面に塗膜を被覆するわけである
が、親水性膜の組成物は、材料表面に結露水滴が形成さ
れることを防止したり、材料表面の水膜を保持するため
に使用されている。

そこで親水性皮膜を形成させる方法が種々提案され、実
用されている。たとえば、アルミニウムフィンの表面に
アルカリケイ酸塩の皮膜を形成させる方法（特公昭５３
−４８１７７号）、水性塗料樹脂、界面活性剤および合
成シリカを含有する組成物を塗布し、親水性の皮膜を形
成させる方法（特開昭５５−１６４２６４号）、アルカ
リケイ酸塩とカルボニル化合物を有する低分子有機化合
物と水溶性有機高分子化合物を含有する組成物を塗布し
、親水性の皮膜を形成させる方法（特開昭６０−１０１
１５８号）が提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、親水性を付与するために、アルカリケイ酸塩の
皮膜を形成させる方法は、親水性の経時的な持続性に乏
しいこと、および素材に塗布され、これをフィンにする
時、皮膜硬度が高く、金型の摩耗を大きくしたり、フィ
ンに形成したとき皮膜にクラックが発生しゃすい。

界面活性剤を含有するものは、界面活性剤は基本的に皮
膜の表面に向かって移行するため、ブリーディング現象
を防止することは不可能である。この結果フィン表面の
親水性は経時的に低下する。また、合成シリカを含有し
ているため、素材に塗布し、これをフィンに加工すると
き、研磨剤のような作用をして金型の摩耗を大きくする
。アルカリケイ酸塩とカルボニル化合物を有する低分子
有機化合物と水溶性有機高分子化合物を含有する組成物
を塗布し、親水性の皮膜を形成させる方法は、親水性の
持続性において改良されているが、皮膜の十分な濡れ性
を期待するためには、アルカリケイ酸塩の含有量が多く
なり、素材に塗布し、これをフィンに加工するとき、研
磨剤のような作用をして金型の摩耗を大きくする。

そこで、本発明の目的は、アルミニウムに対する良好な
密着性と優れた皮膜物性を有し、親水性の経時変化がな
く、水に対する良好な濡れ性を有する皮膜組成物であっ
て、かつ、素材に塗布され、これを加工するとき、金型
の摩耗が大きくならないような親水性皮膜を形成する被
覆剤を提供するにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、上記した課題を解決すべ〈従来より研究
を重ねてきた。そして、アルミニウム板に被覆された皮
膜が水に十分に濡れるためには皮膜自身が優れた親水性
を有することが必要であるが、このことは、皮膜自身の
強靭さ等の機械的特性や密着性を低下させることになり
、これらの緒特性を両立させることが重要となることが
わかった。

そこで、さらに研究を続けた結果、被覆剤を形成する重
合体の構成単量体の組合せを選択することにより、上記
矛盾する性質、すなわち形成皮膜の濡れ性と他の特性と
の両立を図ることができることを見出し、本発明を完成
した。

本発明の要旨とするところは、Ａスルホン酸基を有する
α、β不飽和単量体と、Ｂカルボキシル基を有するα、
β不飽和単量体、Ｃ（メタ）アクリル酸の低級アルコー
ルエステルまたは（メタ）アクリル酸の低級アルコール
エステルと含窒素α、β不飽和単量体とを重合すること
により得られた親水性被覆剤を第１の発明とし、Ａスル
ホン酸基を有するα、β不飽和単量体、Ｂカルボキシル
基を有するα、β不飽和単量体、Ｃ（メタ）アクリル酸
の低級アルコールエステルまたは（メタ）アクリル酸の
低級アルコールエステルと含窒素α、β不飽和単量体と
を重合することにより得られた親水性被覆剤からなる熱
硬化性親水性被覆剤をアルミニウム又はアルミニウム合
金板材に塗布、熱硬化せしめたフィン用アルミニウム又
はアルミニウム合金板材を第２の発明とし、Ａスルホン
酸基を有するα。

β不飽和単量体と、Ｂカルボキシル基を有するα、β不
飽和単量体、Ｃ（メタ）アクリル酸の低級アルコールエ
ステルまたは（メタ）アクリル酸の低級アルコールエス
テルと含窒素α、β不飽和単量体とを重合することによ
り得られた親水性被覆剤から形成された親水性熱硬化被
膜をアルミニウム又はアルミニウム合金フィンの表面に
有してなる熱交換器を第３の発明とするものである。

本発明の親水性被覆剤を構成する重合体の製造に使用す
る単量体について説明する。

Ａ成分のスルホン酸基を有するα、β不飽和単量体成分
は、アニオン性の強親水性を有し、ポリマーを水溶化す
る働きをし、Ａ成分により、形成された被膜は表面の水
に対する濡れ性がよくなる。このＡ成分としては、例え
ば、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン
酸、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸等を挙げる
ことができるが、とくに２−アクリルアミド−２−メチ
ルプロパンスルホン酸が好ましい。

Ｂ成分のカルボキシル基を有するα、β不飽和単量体成
分は、アルミニウム板に対する密着性を与える役割をは
たしている。このＢ成分としては、たとえば、（メタ）
アクリル酸、無水マレイン酸、クロトン酸、イタコン酸
、フマール酸、あるいはマレイン酸、フマール酸、イタ
コン酸半エステル等が挙げられ、このうちアクリル酸、
メタアクリル酸がとくに好ましい。

Ｃ成分の（メタ）アクリル酸の低級アルコールエステル
は、形成皮膜に強靭さ、可撓性を付与するものである。

このＣ成分としては、たとえば（メタ）アクリル酸メチ
ル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸プ
ロピル、（メタ）アクリル酸ブチル等を挙げることがで
きるが、この中で（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）
アクリル酸エチルが特に好ましい。

また、場合により（メタ）アクリル酸の低級アルコール
エステルと共に使用する含窒素α。

β不飽和単量体は、形成皮膜の軟らかさ、可撓性、なら
びにアルミニウム板に対する密着性の付与に寄与する。

本発明に使用する含窒素α、β不飽和単量体としては、
たとえば、Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノエチル（メタ）アク
リレ−）、Ｎ、Ｎ−ジエチルア。

ミノエチル（メタ）アクリレート、ビニルピロリドン、
ビニルイミダシリン等を挙げることができ、この中でＮ
、Ｎ−ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、Ｎ
、Ｎ−ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ビ
ニルピロリドンがとくに好ましい。

これらＡ、Ｂ％Ｃ成分の重合は、水性媒体中でラジカル
重合により行われる。共重合体の組成比はＡ／Ｂ／Ｃが
重量％でｌＯ〜４０／　４５〜７０１５〜２５、またＣ
成分に上記両成分を使用する場合にはｌＯ〜４０／　４
０〜７０１５〜２０１５〜１５（含窒素化合物）の範囲
が好ましい。

重合開始剤としては、一般にビニル単量体の重合におい
て使用されるものが使用できるが、とくに水溶性の過硫
酸アンモニウム、過硫酸カリウムが好ましく、これら単
独であるいはメタ重亜硫酸ナトリウム、またはチオ硫酸
ナトリウムとの組合せによるナトリウムレドックス系で
行うか、アゾビスイソブチロニトリルのような油溶性の
開始剤を少量のアルコールに溶解し、重合系に微分散さ
せる方法で行ってもよい。ラジカル重合開始剤は、単量
体に対して０，１〜５重量％で使用するのが好ましい。

重合温度は、レドックス系の場合は２０〜４０℃が好ま
しく、その他の場合は６０〜８０℃が好ましい。

また、水性媒体中での単量体濃度は、１０〜３０％がよ
い。重合調整剤としては水溶性有機溶剤を用いる。この
ような有機溶剤としては、たとえばメタノール、エタノ
ール、イソプロパツール等の低級アルコール、エチレン
グリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコール
モノエチルエーテル等のグリコールのモノアルキルエー
テルが挙げられ、その他アセトン、ジオキサン等も使用
できる。

このようにして得られた親水性樹脂は、その重合体鎖中
にスルホン酸基とカルボキシル基を含むが、これらのう
ち、スルホン酸基は、樹脂皮膜が十分に親水性を発現す
る範囲で一部ないし全部が中和され、またカルボキシ基
も一部ないし全部を中和される。この中和は任意の時点
で行うことができ、すなわち、重合後行ってもよく、ま
た重合前の単量体の状態において行うこともできる。

中和剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等
のアルカリ金属の水酸化物、あるいはアンモニア水、又
はトリエチルアミン、ジエチルアミンエタノール等の有
機アミンが使用できる。

アンモニア水、トリエチルアミン等の有機アミンの場合
は、ベーキング時蒸発、揮散するため、過剰に加えても
よい。

本発明の被覆剤は、いわゆる−波型であり、硬化剤を使
用しないので、作業工程上のネックであるポットライフ
に関連する煩しさやトラブルが回避できる。また、硬化
剤を使用しないため、これとの架橋反応による三次元化
に基づく親水性の低下は生じない。したがって、ベース
ポリマー自身の親水性−疎水性のバランスをより疎水性
側にすることが可能であり、硬化剤を使用するものにく
らべてＣ成分の（メタ）アクリル酸低級アルコールエス
テルを増加させることができる。

本発明の親水性被覆剤は被塗物に親水性皮膜を形成する
ことができるが、とくに、アルミニウムおよびアルミニ
ウム合金板およびこれらの化成処理面等にコーティング
することができる。

また、より高度の耐食性を必要とするときは、本発明の
親水性被覆剤と該被塗面との間に耐食性有機樹脂をコー
ティングすることができる。

本発明の親水性被覆剤のコーティング法としては、へヶ
塗り、浸漬、スプレー、静電コーティング、ロールコー
タ−等の周知の各種方法が適用できる。また、コーティ
ング皮膜に美装、その他の目的で着色剤等を添加するこ
ともできる。

コーティングされた親水性被覆剤の硬化のための乾燥温
度と時間は、生産ラインのスピードに合わせて考慮すべ
きであるが、水溶性重合体をアルミニウム板上で乾燥さ
せ、皮膜が固化できさえすればよい。

こうして、本発明の被覆剤により、親水性、密着性、皮
膜物性、防食性に優れた樹脂皮膜を被塗物に形成するこ
とができる。

また、フィン材の熱交換器への加工は、公知の方法によ
って行うことができ、熱交換器フィンへの本発明被覆剤
のコーティングはプレコーティング法、ポストコーティ
ング法いずれによってもよい。

〔実施例］ 以下に、実施例を挙げ本発明をさらに詳細に説明する。

厚さがＯ，１２０ｓ鳳の工業用純アルミニウム（Ａ１０
５０−　Ｈ２２）条を市販の弱アルカリ系脱脂剤を用い
て脱脂洗浄した。次いでリン酸クロメート系化成溶液（
商品名アロジン４０１／４５日本ペイント■社製）にス
プレー処理して、リン酸りロメート皮ｌＩＣＣｒ量とし
て２０Ｂ／ｍ’　）を形成シタ後、水洗乾燥させた。次
いでこの化成皮膜上に下記実施例に示す親水性被覆剤を
ロールコータで塗布し、熱風循環式乾燥炉で温度２００
℃、時間２０秒で焼付けて親水性樹脂皮膜層（厚さ　１
μｍ）を得た。

実施例１ （１）　ＩＱ水性樹脂の合成　Ａ−１ 撹拌機、温度計、冷却管及び窒素ガス導入管を備えた１
貴セパラブルフラスコに２−アクリルアミド−２−メチ
ルプロパンスルホン酸２５部、メタクリル酸６０部、メ
タクリル酸メチル１５部を仕込み、エタノール１００部
、脱塩水４００部を加え均一に溶解した。

窒素ガス雰囲気下、ラウロイルパーオキサイド０．５部
を加え、７５℃で７時間重合を行った。重合開始３時間
後にラウロイルパーオキサイド０．３部を追加した。

重合終了後苛性ソーダ８部により中和を行った。その後
脱塩水により固形分含量をｌＯ％濃度に調整した。

（２）親水性被覆剤の調製 親水性樹脂Ａ−１をアンモニア水によりｐＨ−７に調整
し、イオン交換水により固形分含量を５％とした。

実施例２ （１）親水性樹脂の合成　Ａ−２ ２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸１
５部、スチレンスルホン酸１５部、メタクリル酸５０部
、メタクリル酸メチル２０部を脱塩水４００部、エタノ
ール１００部を加え均一に溶解した。

苛性ソーダ１１．３部により中和後窒素ガス雰囲気下、
過硫酸カリウム０．４部、亜硫酸ナトリウム０．２部を
加え、レドックス系で３０℃×６時間重合を行うな。そ
の後脱塩水によりｌＯ％濃度に調整した。

（２）親水性被覆剤の調製 親水性樹脂Ａ−２をアンモニア水によりｐＨ−７に調整
、イオン交換水により固形分含量を５％とした。

実施例３ （１）親水性樹脂の合成　Ａ−３ スチレンスルホン酸１５部、２−アクリルアミド−２−
メチルプロパンスルホン酸１０部、アクリル酸４０部、
イタコン酸２５部、アクリル酸ブチル１０部を脱塩水４
００部、エタノール１００部を加え、均一に溶解した。

苛性ソーダ９．６部により中和後窒素ガス雰囲気下、ベ
ンゾイルパーオキサイド０．５部を加え、７５℃で７時
間重合を行った。重合開始３時間後にベンゾイルパーオ
キサイド０．３部を追加した。その後脱塩水によりｌＯ
％濃度に調整した。

（２）親水性被覆剤の調製 親水性樹脂Ａ−３をアンモニア水によりｐＨ＝７に調整
し、イオン交換水により固形分含量を５％とした。

実施例４ （１）親水性樹脂の合成　Ａ−４ ２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸１
５部、メタクリル酸７０部、メタクリル酸メチル５部、
ビニルピロリドン１０部を脱塩水４００８Ｂ、エタノー
ル１００部を加え均一溶解した。

トリエチルアミン　１２６部により中和後窒素ガス雰囲
気下、アゾビスイソブチロニトリル０．５部を加え、７
５℃で７時間重合を行った。

重合開始３時間後にアゾビスイソブチルニトリル０．３
部を追加した。その後脱塩水により１０部濃度に調整し
た。

（２）親水性コーティング剤の調製 親水性樹脂Ａ−４をアンモニア水によりｐＨ−７に調整
し、イオン交換水により固形分合量を５％とした。

実施例５ （１）親水性樹脂の合成　Ａ−５ ２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸２
０部、メタクリル酸６０部、メタクリル酸メチル１５部
、ジメチルアミノエチルメタアクリレート　５部を脱塩
水４００部、エタノール１００部を加え均一に溶解した
。

苛性ソーダ６．７部により中和後、窒素ガス雰囲気下、
アゾビスイソブチロニトリル０．５部を加え、７５℃で
７時間重合を行った、重合開始３時間後にアゾビスイソ
ブチロニトリル０．３部を追加した。その後、脱塩水に
よりｌＯ％濃度に調整した。

（２）親水性被覆剤の調製 親水性樹脂Ａ−５をアンモニア水によりｐＨ−７に調整
し、イオン交換水により固形分含量を５％とした。

こうして得られた各種の親水性皮膜を形成したフィン材
について、それぞれについての皮膜特性（親水性、密着
性、連続成形性）を調べ、その結果を表１に示した。

ここで親水性は室温の水中に２分間浸漬し、次いで６分
間冷風乾燥することの組合せを１サイクルとし、それを
５００サイクル行った後で水との接触角を測定し、評価
した。◎は非常に良好（接触角２０°以下）、Ｏは良好
（接触角２０〜４０＠）　、Ｘは不良（接触角４０″超
え）とした。

密着性はゴバン目テープ剥離試験を行い、剥離の無い個
数で評価した。

連続成形性は連続１０万パンチフインプレス後に成形工
具の摩耗状況と、成形後のフィンの外観とを肉眼で観察
した。

比較例１および２ 実施例と同じ容量で化成皮膜を形成した後に、その化成
皮膜上に、比較例１ではコロイダルシリカ、水溶性アク
リル・メラミン樹脂、界面活性剤よりなる水溶性コーテ
ィング剤を塗布、２５０″ＣＸ　３０“で乾燥させて１
μの親水性皮膜を得た。また比較例２ではナトリウム系
水ガラス、ポリアクリル酸、硬化剤とからなる水溶性コ
ーティング剤を２４０℃×３０”で乾燥されて、Ｓｉ量
として７０１ｇ／ａ　’の厚さの親水性皮膜を得た。

得られた皮膜の特性を実施例と同様に調べ、その結果を
表１に示した。

金型摩耗のない硬化被膜を形成することができる。

また、該被覆剤を塗布したフィン用アルミニウム板材は
親水性が顕著に改善され、これを用いて製作した熱交換
器には、フィン間の通風を妨害する半月状水滴、ブリッ
ジ等の形成を見ることがなく、熱交換効率を向上するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の熱交換器のフィン間に水滴が付着する
状態を説明する図。 ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の構成による親水性被覆剤
は、水に対する優れた濡れ性を有し、下地との密稔性が
良好で、さらに成形加工時の特許出願人　住友軽金属工
業株式会社 特許出願人　共栄社油脂化学工業株式会社代理人　弁理
士　小　松　秀　岳 代理人　弁理士　旭　　　　　宏

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ａスルホン酸基を有するα、β不飽和単量体、Ｂ
   カルボキシル基を有するα、β不飽和単量体、Ｃ（メタ
   ）アクリル酸の低級アルコールエステルまたは（メタ）
   アクリル酸の低級アルコールエステルと含窒素α、β不
   飽和単量体とを重合することにより得られたことを特徴
   とする親水性被覆剤。
2. （２）Ａスルホン酸基を有するα、β不飽和単量体、Ｂ
   カルボキシル基を有するα、β不飽和単量体、Ｃ（メタ
   ）アクリル酸の低級アルコールエステルまたは（メタ）
   アクリル酸の低級アルコールエステルと含窒素α、β不
   飽和単量体とを重合することにより得られた親水性被覆
   剤をアルミニウム又はアルミニウム合金板材に塗布、熱
   硬化せしめたことを特徴とするフィン用アルミニウム又
   はアルミニウム合金板材。
3. （３）Ａスルホン酸基を有するα、β不飽和単量体、Ｂ
   カルボキシル基を有するα、β不飽和単量体、Ｃ（メタ
   ）アクリル酸の低級アルコールエステルまたは（メタ）
   アクリル酸の低級アルコールエステルと含窒素α、β不
   飽和単量体とを重合することにより得られた親水性被覆
   剤から形成された親水性熱硬化被膜をアルミニウム又は
   アルミニウム合金フィンの表面に有してなることを特徴
   とする熱交換器。