JPH02219879A - 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。

最近の空調機用熱交換器は、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。空調機用熱交換
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、
−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５５−１８４２８４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やすい。

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
密告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、かっ、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
張切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２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アミド基および／またはメチ
ロールアミド基を有するａ８β８β不飽和単量Ｃカルボ
キシル基を有するα５β不飽和単量体、Ｄ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不飽和単量体と、Ｂアミド基および／またはメチロー
ルアミド基を有するα、β不飽和単量体、Ｃカルボキシ
ル基を有するα、β不飽和単量体、Ｄ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
とポリエポキシド硬化剤とからなる熱硬化性親水性被覆
剤を第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、Ｂアミド基および／またはメチロール
アミド基を有するα、β−不飽和単量体、Ｃカルボキシ
ル基を有するα、β不飽和単量体、Ｄ含窒素α１　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
剤とポリエポキシド硬化剤と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３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アミド基および／またはメチロ
ールアミド基を有するα、β不飽和単量体、Ｃカルボキ
シル基を有するα、β不飽和単量体、Ｄ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
剤とポリエポキシド硬化剤とから形成された親水性熱硬
化皮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４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、アニオン性の強靭水性を有し、ポリマーを水溶化す
る働きをし、Ａ成分により、形成された皮膜は表面の水
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。

また、Ｂ成分のアミド基および／またはメチロールアミ
ド基を有するα５　β不飽和単量体成分は、ポリエポキ
シド硬化剤である後述するポリグリシジル化合物と架橋
反応を起す。このＢ成分としては、たとえば、（メタ）
アクリルアミド、Ｎ−メチロール（メタ）アクリルアミ
ド、Ｎ−メトキシメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−
ブトキシメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メチル（
メタ）アクリルアミド、Ｎ−エチル（メタ）アクリルア
ミド等を挙げることができるが、とくに（メタ）アクリ
ルアミド、Ｎ−メチロール（メタ）アクリルアミド、Ｎ
−メトキシメチル（メタ）アクリルアミドが好ましい。

Ｃ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、硬化剤成分との架橋点となると共に、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
Ｃ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。

Ｄ成分の含窒素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を
付与するものである。このＤ成分としては、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、ビニルイミダシリン等を挙げることが
できるが、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特に好ましい。

これらＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄ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／Ｄが重量％で２０〜７０／１０〜５０／　１０〜
７０ノ５〜２０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”Ｃ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
七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、樹脂が親水性を十分発現できる範囲
内でその一部ないし全部が中和され、またカルボキシル
基の一部が中和される。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。

中和率は、下記に述べるポリエポキシド硬化剤との焼付
時の架橋反応を調整する目的で、水酸化ナトリウム等の
一金属の水酸化物の場合は５０〜９０％に調整する。ま
た、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。

硬化剤としては、本発明においてはポリエポキシドが使
用される。そして、硬化剤としてポリエポキシドを選択
することにより、三次元架橋による皮膜の親水性の低下
を回避することができ、すなわち皮膜物性、親水性のい
ずれにも優れた被覆剤とすることができる。なかでも好
ましいものは多価アルコールのグリシジルエーテル型ポ
リエポキシドである。

このようなエポキシ樹脂の具体例としては、たとえば、 （１）ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、 （２）ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル
、 （３）ポリグリセロールポリグリシジルエーテル、本−
ＣＨｚ （４）グリセロールポリグリシジルエーテル（５）ヒダ
ントインジグリシジル 等を挙げることができる。

硬化剤の使用量は、樹脂中の官能基、硬化剤中の官能基
の量によって異なるが、樹脂固形分に対し　５〜１５０
　ｍ１１％の範囲で用いられる。

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
ために使用できるが、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９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、へケ
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。

コーティングされた親水性被覆剤の硬化は、通常加熱温
度１５１）〜３００℃、加熱時間５秒〜１０分間の条件
で行うことができる。硬化により、親水性が大きいばか
りか、塗膜物性にも優れた硬化樹脂コーティング層を形
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の被覆
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。

実施例１ ■　親水性樹脂の合成 １１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３０部、アクリル酸３０部、ア
クリルアミド２０部、ビニルピロリドン２０部を仕込み
、脱塩水４００部、エタノール１００部を加え、均一に
溶解した。

水酸化ナトリウム１０部により中和後、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時間重合を行った。その後脱塩水によ
り１０部濃度に調整した。

尚「部」又は「％」は「重Ｅ１部」又は「重量％」を表
わす。以下同様である。

■　親水性被覆剤の調製 上記■で合成した親水性樹脂５０部 ポリエチレングリコールジグリシジル エーテル（ｎ■１３）（エポキシ当量３９０）２部 ポリグリセロールグリシジルエーテル （ｎ−３）（エポキシ当量ｉｇａ）　　ｏ、ｅ部アンモ
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。

■　アルミニウム板への塗布 厚さが０．１２０■慣の工業用純アルミニウム（Ａ　１
０５０−　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Ｊｌ［（Ｃｒｊ
ｌとして２０ｍｇ〕−２）を形成した後、水洗乾燥させ
た。次いでこの化成皮膜上に上記合成例に示す親水性被
覆剤をロールコータで塗布し、熱風循環式乾燥炉で温度
２４０℃、時間３０秒で焼付けて親水性樹脂皮膜層（厚
さ　１μｍ）を得た。

実施例２ ■　親木性樹脂の合成 ２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸３
０部、ビニルスルホン酸２０部、Ｎ−メトキシメチルア
クリルアミド１５部、メタクリル酸２０部、ジメチルア
ミノエチルメタクリレート１５部、脱塩水４００部、イ
ソプロピルアルコール１００部を加え、均一に溶解した
。

ジエチルアミノエタノール４０部により中和後、２５％
アンモニア水によりｐＨ−７に調整した。その後アゾイ
ソブチロニトリル０．３部を分散、溶解後ＢＯ〜７０℃
×６時間重合を行つた。

次いで脱塩水によりｌＯ％濃度に調整した。

■　親水性被覆剤の調製 上記■で合成された親水性樹脂　　５０部ポリエチレン
グリコールジグリシ ジルエーテル（ｎ　−２２）　　（エポキシ当Ｅ１５８
７）５部 ポリグリセロールポリグリシジルエーテル（ｎ＝３）（
エポキシ当ｆｆ１１８３）　　　　　１部■　アルミニ
ウム板への塗布 上記■で得られた被覆剤を実施例１と同様にしてアルミ
ニウム面に塗布した。

上記実施例１．２で得られた親水性皮膜を形成したフィ
ン材について、皮膜特性（親水性、密着性、連続成形性
）を調べた。その結果を表１に示す。

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〕１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により行い剥離してい
ない口の数により評価した。

連続成形性は連続１０万バ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。その結果、実施例１．２は接触角が１４″以下と小
さ（、良好な親水性を示し、また、密着性も１００／１
００と剥離するものがなく、金型摩耗もなくまったく良
好なものであった。

比較例１〜２ 実施例と同じ要領で化成皮膜を形成した後に、その化成
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
グ剤を塗布乾燥させて厚さ　１μの親水性皮膜を（ｑ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塗布乾
燥させてＳｉｒ：Ｌとして５０部ｇ／Ｉｌ’の厚さの親
水性皮膜を得た。

比較例３ ■　親水性樹脂の合成 アクリル酸４０部、アクリルアミド３０部、ビニルピロ
リドン３０部を仕込み、脱塩水３００部、エタノール２
００部を加え、均一に溶解した。

過硫酸カリウム０．４１ｍ、亜硫酸ナトリウム０．２３
Ｂを加え、レドックス系で３０℃×６時間重合を行った
。その後脱塩水により１０部濃度に調整した。

■　親水性被覆剤の調製 上記■で合成された親水性樹脂　　５０部ポリエチレン
グリコールジグリシジル エーテル（エポキシ当量３９０）　　　　２．８部ポリ
グリセロールグリシジルエーテル （ｎ＝３）（エポキシ当Ｒ１８３）　　　　　０．８部
アンモニア水によりｐｉｔ−７に５！Ｉ整し、イオン交
換水により固形分含量を５％とした。

■・アルミニウム板への塗布 上記■で得られた被覆剤を実施例１と同様にしてアルミ
ニウム面に塗布した。

比較例４ ■　親水性樹脂の合成 ２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸５
０部、アクリルアミド５０部、ビニルピロリドン２０部
を仕込み、脱塩水４００部、エタノール　１００部を加
え、均一に溶解した。

水酸化ナトリウム１７部により中和後、過硫酸カリウム
　０．４部、！硫酸ナトリウム　０．２部を加え、レド
ックス系で３０℃×６時間重合を行った。その後脱塩水
で１０部濃度に、Ｓ！Ｊ整した。

■　親水性被覆剤の調製 上記■で合成された親水性樹脂　　５０部ポリエチレン
グリコールジグリシジル エーテル（ｎ＝１３）（エポキシ当量３９０）１．４部 ポリグリセロールグリシジルエーテル （ｎ＝３）（エポキシ当量１８３）　　　　［１，４部
を混合し、アンモニア水によりｐＨ−７に：ＪｊＪｇ１
、イオン交換水により固形分含量を５％とした。

■　アルミニウム板への塗布 上記■で得られた被覆剤を実施例１と同様にしてアルミ
ニウム面に塗布した。

比較例５ ■　親水性樹脂の合成 ２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸５
０部、メタクリル酸５０部を仕込み、脱塩水４００部、
エタノール１００部を加え、均一に溶解した。水酸化ナ
トリウム１７部により中和後、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時間重合を行った。重合後２５％アンモニア
水でｐＨ−７に調整、その後脱塩水により１０部濃度に
調整した。

■　親水性被覆剤の調製 上記■で合成された親水性樹脂　　５０部ポリエチレン
ジグリシジルエーテル （ｎ　−１３）（エポキシ当量３９０）　　　　　３．
８部ポリグリセロールグリシジルエーテル （ロー３）（エポキシ当量１８３）　　　　　１．０部
を混合し、イオン交換水で固形分含量５％とした。

■　アルミニウム板への塗布 上記■で得られた被覆剤を実施例１と同様にしてアルミ
ニウム面に塗布した。

比較例１〜５で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に示す。比較例１．３は親水性が悪
く、比較例２は親水性はやや良好であるが金型摩耗が認
められ、さらに比較例４．５では親木性は良好であるが
、加工部の皮膜に剥離や割れが認められた。

【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。

Claims (4)

【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
   アミド基および／またはメチロールアミド基を有するα
   ，β不飽和単量体、Ｃカルボキシル基を有するα，β不
   飽和単量体、Ｄ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
   アミド基および／またはメチロールアミド基を有するα
   ，β不飽和単量体、Ｃカルボキシル基を有するα，β不
   飽和単量体、Ｄ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とポリエポキシド硬化
   剤とからなることを特徴とする熱硬化性親水性被覆剤。
3. （３）Ａスルホン酸基を有するα，β不飽和単量体、Ｂ
   アミド基および／またはメチロールアミド基を有するα
   ，β不飽和単量体、Ｃカルボキシル基を有するα，β不
   飽和単量体、Ｄ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とポリエポキシド硬化
   剤と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。
4. （４）Ａスルホン酸基を有するα，β不飽和単量体、Ｂ
   アミド基および／またはメチロールアミド基を有するα
   ，β不飽和単量体、Ｃカルボキシル基を有するα，β不
   飽和単量体、Ｄ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とポリエポキシド硬化
   剤とから形成された親水性熱硬化皮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。