CN102464753A

CN102464753A - 水溶性树脂、使用其的热交换器用翅片材料、以及热交换器

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Publication number: CN102464753A
Application number: CN2011103632828A
Authority: CN
Inventors: 太田阳介; 清水高宏; 中野真人; 田口由纪
Original assignee: Kobe Steel Ltd; Nippon Shokubai Co Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd; Nippon Shokubai Co Ltd
Priority date: 2010-11-17
Filing date: 2011-11-16
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2031-11-16
Also published as: CN102464753B; JP2012122052A; JP5599763B2

Abstract

本发明的课题在于，即使在热交换器或热交换器用部件(以下，适当称为对象部件)上附着VOC等污染物质也能够利用在对象部件表面上生成的结露水洗掉，其结果，提供能够长期维持对象部件的高亲水性的在用于涂布对象部件的涂料组合物中使用的水溶性树脂。一种水溶性树脂，在用于涂布热交换器或热交换器用部件的涂料组合物中使用，其特征在于，所述水溶性树脂为3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸(HAPS)或其盐与丙烯酸或其盐的共聚物，HAPS或其盐的构成单元相对于该共聚物中的全部单体的构成单元100摩尔％的比率为23摩尔％以上，并且该共聚物的平均分子量为5万以上，所述比率与所述平均分子量乘积(MH×MW)为3000000以上且5000000以下。

Description

水溶性树脂、使用其的热交换器用翅片材料、以及热交换器

技术领域

本发明涉及在用于涂布热交换器或者热交换器用部件的涂料组合物中使用的水溶性树脂、使用其的热交换器用翅片(フイン)材料、以及热交换器。

背景技术

热交换器以室内空调、整体式空调、冷藏展示柜、冰箱、油冷却器以及散热器等为代表在各种领域中利用。在室内空调以及整体式空调等热交换器中，从热传导性以及加工性优良的角度出发，在其翅片材料中使用铝或铝合金。

热交换器的空调运转时，空气中的水蒸气冷凝，由此，在由铝或铝合金构成的翅片材料表面上生成结露水。该结露水以水滴的形式在翅片材料表面上存在时，通风电阻增加，由此，压力损失变大，产生热交换器的能力降低。由此，提高附着于翅片材料表面上的水滴的流动性，从而使其容易地流下，因此，使翅片材料表面的亲水性提高。

作为使由铝或铝合金构成的翅片材料表面的亲水性提高的方法，具有：在表面上涂布水玻璃等无机类表面处理剂的方法。但是，该无机类表面处理剂容易吸附环境中的臭气成分，其结果，有时在运转开始时臭气成分从翅片材料表面上脱离而产生臭气。

为了消除这样的问题，在专利文献1中公开了如下技术：通过在翅片材料表面上形成铬酸盐被膜，并在其上形成氧化铝溶胶被膜，对翅片材料表面赋予亲水性。另外，在专利文献2中公开了如下方法：为了使翅片材料的亲水性提高，在翅片材料表面上涂布以亲水性树脂为主成分的有机类表面处理剂。需要说明的是，作为以该亲水性树脂为主成分的有机类表面处理剂，公开了使用丙烯酸类树脂的表面处理剂、或纤维素类表面处理剂。

现有技术文献：

专利文献1：日本国特开平8-200983号公报

专利文献2：日本国特开平7-268274号公报

发明内容

但是，即使是在表面上形成有如专利文献1以及专利文献2中所公开的组成的被膜等的翅片材料，根据使用环境，也有时附着各种污染物质，从而丧失热交换器本来的性能。特别是在附着新建房屋等中容易产生的VOC(挥发性有机化合物)时，显著显示出该影响(热交换器原本的性能的降低)。另外，在附着的污染物质中，醛类等对水具有溶解度，因此，自然在结露水中溶解而洗掉，但羧酸或其酯类等在水中几乎不溶解，因此，一旦附着到翅片材料表面上，则不会容易地剥离。

在此，可以考虑为了使VOC等难以附着而尽量降低翅片材料的表面张力的方法，但同时翅片材料变成防水性，压力损失增大。另外，也可以考虑通过在翅片材料表面上形成的涂膜中预先混入具有表面活性作用的物质使VOC等附着物质容易除去的方法，但表面活性物质完全溶出后，其作用丧失。

本发明是鉴于这样的情况而进行的，其课题在于，即使在热交换器或热交换器用部件(以下，适当称为对象部件)上附着VOC等污染物质，也能够通过在对象部件表面上生成的结露水洗掉，其结果，提供能够长期维持对象部件的高亲水性的、在用于涂布对象部件的涂料组合物中使用的水溶性树脂。

为了解决上述课题，本发明人对以下事项进行了研究。

本发明人认为，为了在即使附着VOC等污染物质的情况下也能够通过结露水洗掉，在翅片材料等对象部件的表面上形成的涂膜的要素为：(1)与VOC等污染物质的亲和性低、(2)与水的亲和性高(亲水性高)、并且(3)涂膜自身的透水性高。

可以认为从形成有满足上述要素的涂膜的对象部件的表面上通过结露水洗掉VOC等污染物质的结构如图1所示。

详细而言，如下所述，首先，如图1(a)所示，在与VOC等污染物质11的亲和性低的涂膜(亲水性涂膜)2的表面上，VOC等污染物质11无法进行化学结合，形成为在涂膜2的表面上简单负载的状态。另外，如(b)所示，在涂膜2的表面上附着结露水12时，涂膜2的透水性高，亲水性高，因此，如(c)所示，结露水12透过涂膜2内，到达涂膜2的表面与VOC等污染物质11的界面。其结果，如(d)所示，结露水12从涂膜2表面上剥离VOC等污染物质11，从涂膜2表面上与结露水12一起洗掉VOC等污染物质11。

在日本特开2010-159379号公报中公开了利用如上所述的原理的技术。对该文献中公开的技术进行具体地说明时，为如下技术：在翅片材料等的表面上涂布涂料组合物，其中，所述涂料组合物在同体成分中包含分别含有40摩尔％以上的含磺酸基单体以及含羧基单体的丙烯酸类高分子15重量％以上，并且在固体成分中包含含有65摩尔％以上的含羧基单体的丙烯酸类高分子40重量％以上，在这些丙烯酸类高分子混合物的水溶液中加入规定量的氨、胺、碱金属氢氧化物等进行调节而成。

但是，通常制造含有40摩尔％以上的含磺酸基单体的聚合物并不容易，聚合物的生产率变差，因此，认为导致大幅度的成本增加。另外，该文献中公开的技术关于聚合物的分子量没有规定，但分子量小时，聚合物容易洗掉。另一方面，越使分子量大，则聚合物中含磺酸基单体的比率越相应变低。在此，例如在以分子量达到5万以上的方式进行制备时，推测能够导入的含磺酸基单体的比率约为30摩尔％。但是，在使用如该文献所示的含磺酸基单体的情况下，含量约为30％时，得不到充分的性能。

另外，该文献公开的技术以使用氨或胺类为前提，虽然这些化合物在烘烤时大半部分挥发，但残留成分残存，由此，有可能带来在热交换器中使用的铜管的腐蚀等不良影响。

相对于上述问题，本发明中发现，作为在用于涂布对象部件的涂料组合物或中使用的水溶性树脂，使用3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸(HAPS)或其盐、与丙烯酸或基盐的共聚物，同时将共聚物中的HAPS的构成比率或共聚物的平均分子量等规定在规定范围内，由此，在对象部件表面上形成该涂料组合物时，即使附着VOC等污染物质也能够通过结露水洗掉，其结果，能够长期维持对象部件的高亲水性。

以下，对本发明进行详细地说明。

为了解决上述课题，本发明的水溶性树脂，在用于涂布热交换器或热交换器用部件的涂料组合物中使用，其特征在于，所述水溶性树脂为3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸(HAPS)或其盐与丙烯酸或其盐的共聚物，HAPS或其盐的构成单元相对于该共聚物中的合部单体的构成单元100摩尔％的比率(MH)为23摩尔％以上，并且该共聚物的平均分子(MW)为5万以上，所述比率与所述平均分子量乘积(MH×MW)为3000000以上且5000000以下。

这样，通过本发明的水溶性树脂为3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸(HAPS)或其盐与丙烯酸或其盐的共聚物，在翅片材料等对象部材料表面上形成由含有该水溶性树脂的涂料组合物形成的涂膜时，提高对象部件表面的亲水性，同时，能够降低VOC等污染物质的亲和性。另外，能够使该涂膜自身的透水性提高。其结果，即使在该涂膜表面上附着VOC等污染物质的情况下，涂膜表面的结露水也透入涂膜内，到达涂膜与VOC等污染物质的界面，从而结露水使VOC等污染物质从涂膜表面上剥离。

另外，本发明的水溶性树脂通过使用上述物质，无须使用氨和胺类。

另外，本发明的水溶性树脂规定HAPS或其盐的构成单元相对于该共聚物中的合部单体的构成单元100摩尔％的比率(MH)为23摩尔％以上，因此，能够确保HAPS或其盐所发挥的效果(亲水性的提高、与污染物质的亲和性的降低)。

另外，本发明的水溶性树脂规定该共聚物的平均分子量(MW)为5万以上，由此，该共聚物难以从对象部件表面上洗掉。另外，本发明的水溶性树脂规定MH×MW为3000000以上且5000000以下，由此，能够确保在VOC环境下的亲水性以及制造容易性。

本发明的热交换器用翅片材料，具备：由铝或铝合金构成的基材、和在该基材(表面)上形成的亲水性涂膜，其特征在于，所述亲水性涂膜是由含有所述水溶性树脂的涂料组合物形成的。

这样，本发明的热交换器用翅片材料，由于在基材的表面上形成有由含有所述水溶性树脂的涂料组合物形成的亲水性涂膜，因此，在使翅片材料的亲水性提高的同时，能够长期防止亲水性的降低。

另外，本发明的热交换器，其特征在于，使用所述热交换器用翅片材料。这样，从本发明的热交换器使用规定的热交换器用翅片材料的角度出发，在使热交换器的亲水性提高的同时，能够长期防止亲水性的降低。

根据本发明的水溶性树脂，在翅片材料等对象部件材料表面上形成有由含有该水溶性树脂的涂料组合物形成的涂膜时，即使附着VOC等污染物质，也可以利用在对象部件表面上生成的结露水将其洗掉，其结果，能够长期维持对象部件的高亲水性。

另外，本发明的热交换器用翅片材料或者热交换器由于能够避免因VOC等污染物质的附着而引起的通风电阻的增加，因此，能够长期防止作为热交换器的能力降低。

附图说明

图1(a)～(d)是示意地表示洗掉在含有本发明的水溶性树脂的亲水性涂膜(涂膜)表面上附着的VOC等污染物质的结构的截面图。

图2(a)～(c)是表示本发明的热交换器用翅片材料的截面图。

具体实施方式

对于用于实施本发明的水溶性树脂、在表面上形成有由含有该水溶性树脂的涂料组合物形成的水溶性涂膜(涂膜)的热交换器用翅片材料、以及使用该热交换器用翅片材料的热交换器的形式进行说明。

《水溶性树脂》

本发明的水溶性树脂是在用于涂布热交换器或者热交换器用部件的涂料组合物中使用的水溶性树脂。由3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸(HAPS)或其盐与丙烯酸或其盐的共聚物构成。

即，可以是HAPS与丙烯酸的共聚物，可以是HAPS与丙烯酸盐的共聚物，可以是HAPS的盐与丙烯酸的共聚物，也可以是HAPS的盐与丙烯酸盐的共聚物。

本发明的水溶性树脂通过含有HAPS或其盐，在翅片材利等对象部件表面上形成有由含有该水溶性树脂的涂料组合物形成的涂膜时，发挥使对象部件表面的亲水性提高的同时使与VOC等污染物质的亲和性降低的效果。

另外，本发明的水溶性树脂通过含有丙烯酸或其盐，在翅片材料等对象部件表面上形成有由含有该水溶性树脂的涂料组合物形成的涂膜时，发挥提高涂膜密合性的效果。

需要说明的是，作为HAPS的盐，可以列举：锂盐、钠盐、钾盐等，优选为钠盐。另外，作为丙烯酸的盐，可以列举：锂盐、钠盐、钾盐等，优选为钠盐。

另外，本发明的水溶性树脂，其特征在于，HAPS或其盐的构成单元相对于该共聚物中的全部单体的构成单元100摩尔％的比率(MH)为23摩尔％以上。这是由于，HAPS或其盐的构成单元的比率低于23摩尔％时，无法确保HAPS或其盐所发挥的效果(亲水性的提高、与污染物质的亲和性的降低)。

需要说明的是，从生产率的观点出发，优选为35摩尔％以下。

另外，本发明的水溶性树脂，共聚物的平均分子量(MW)为5万以上。这是由于，平均分子量低于5万时，共聚物容易从对象部件表面上洗掉。需要说明的是，此处的平均分子量是指得量(质量)平均分子量。

需要说明的是，从生产率的观点出发，优选为20万以下。

另外，本发明的水溶性树脂，其特征在于，所述比率与所述平均分子量的乘积(MH×MW)为3000000以上且5000000以下。这是由于，MH×MW低于3000000时，共聚物容易从对象部件表面上洗掉，从而亲水性容易降低，超过5000000时，水溶性树脂的制造本身变困难。

需要说明的是，在计算MH×MW时，关于MH，使用将小数点第一位四舍五入的数值，关于MW，使用将百位四舍五入的数值。

另外，共聚物的平均分子量(MW)的测定，根据下述测定条件进行即可。

<重均分子量的测定条件>

测定装置：昭和电工株式会社制“shodex SYSTEM-21”

色谱柱：依次连接有昭和电工株式会社制造的“Asahipak GF-710 HQ”以及“Asahipak GF-310 HQ”

洗脱液：0.1N乙酸钠/乙腈＝7/3(体积比)

流速：0.5mL/分钟

温度：40℃

标准曲线：使用聚丙烯酸标准样品(创和科学株式会社制)制作

检测器：RI

需要说明的是，使用图2对本发明的水溶性树脂进行说明时，是在用于涂布热交换器或者热交换器用部件(例如，基材1)的涂料组合物中使用的水溶性树脂，形成亲水性涂膜2。

在此，本发明的水溶性树脂具有非常优良的亲水性，因此，可以少量含有其他亲水性树脂等进行使用。

作为其他亲水性树脂，可以列举：纤维素类高分子和聚乙烯醇类高分子等。作为纤维素类高分子，可以适当使用羧甲基纤维素盐(钠盐、钾盐、氨盐等)、羟甲基纤维素等。

另外，也可以添加用于使涂料的涂装性提高的各种表面活性剂、用于赋予密合性的交联剂、或根据情况用于赋予除臭性的功能性微粒。

涂料组合物中含有的水溶性树脂的量，可以考虑亲水性和涂装性等适当设定，但优选的量以固体成分浓度计为1～20％。

《热交换器用翅片材料》

本发明的热交换器用翅片材料，是具备由铝或铝合金构成的基材1、和在该基材1(表面)上形成的亲水性涂膜2的热交换器用翅片材料10，其特征在于，所述亲水性涂膜2是由含有上述水溶性树脂的涂料组合物形成的。

<基材>

作为由铝或铝合金构成的基材1，例如可以使用JIS规格的合金编号为1100、1200、1050、3003、7072等的铝。

需要说明的是，基材1的板厚优选为约0.06～0.3mm。这是由于，板厚低于0.06mm时，无法确保基材1所需要的强度，另一方面，超过0.3mm时，作为翅片材料的加工性降低。

<基材表面上形成的涂膜、被膜>

在基材1的表面上形成有由含有上述水溶性树脂的涂料组合物形成的亲水性涂膜2(参照图2(a))。

上述水溶性树脂的涂布量(形成量)优选为10～20000mg/m²。这是由于，涂布量低于10mg/m²时，没有充分引起如图1(c)所示的结露水12通过涂膜2内到达涂膜2与VOC等污染物质11的界面的现象，因此，污染物质的清洗性不充分。另外，超过20000mg/m²时，有可能导热性能变差，并且在经济性上也不优选。

本发明的热交换器用翅片材料10，根据使用环境和用途，优选在基材1与亲水性涂膜2之间形成各种被膜。这是因为，如上所述，亲水性涂膜2含有使用HAPS的聚合物时，透水性高而耐腐蚀相应地不太增高。

例如，在不太要求耐腐蚀性的环境和用途中使用的热交换器用翅片材料10，对基材1实施磷酸铬酸盐等耐腐蚀性表面处理而形成化成被膜3，之后，在化成被膜3表面上形成亲水性涂膜2即可(参照图2(b))。由此，热交换器用翅片材料10在长期的使用中能够充分地耐受。

另一方面，使用环境严格而需要耐腐蚀性的热交换器用翅片材料10，在基材1的表面上形成有有机耐腐蚀性被膜4，之后，在有机耐腐蚀性被膜4表成上形成有亲水性涂膜2即可(参照图2(c))。此时，关于有机耐腐蚀性被膜4没有特别的限定，可以使用环氧类、氨基甲酸酯类、丙烯酸类、聚酯类等树脂类被膜。其膜厚没有特别的限定，优选为05～5μm。这是由于，低于0.5μm时，不能发挥对于需要耐腐蚀性的用途所要求的充分的耐腐蚀性。即使超过5μm，也不能期望耐腐蚀性的进一步提高。

需要说明的是，在基材1与亲水性涂膜2之间可以形成化成被膜3以及有机耐腐蚀性被膜4二者。

另外，图2所示的翅片材料10，可以仅在基板1的单面上形成亲水性涂膜2等，但也可以在基板1的双面上形成亲水性涂膜2等。

需要说明的是，在有机耐腐蚀性涂膜4的表面上涂布含有本发明的水溶性树脂的涂料组合物时，有机耐腐蚀性被膜4自身的表面能过度降低，因此有可能涂装性显著变差。该情况下，可以通过在本发明的水溶性树脂的水溶液中添加表面调节剂、表面活性剂使涂装性提高来解决。另外，有时涂布烘烤(焼き付け)后的本发明的水溶性树脂的密合性根据有机耐腐蚀性被膜4的种类而显著变差。在这样的情况等下，可以通过在本发明的水溶性树脂的水溶液中预先添加水溶性的交联剂而促进烘烤时的固化来解决。

关于本发明的热交换器用翅片材料的制造方法，没有特别的限定，例如对于基材1(或者表面上形成有化成被膜3的基材1)使用辊涂装置等进行涂布、干燥，由此可以形成亲水性涂膜2(或者有机耐腐蚀性被膜4以及亲水性涂膜2)。

需要说明的是，亲水性涂膜2可以在热交换器用翅片材料10成形前进行涂布等(预涂布)，也可以在热交换器用翅片材料10成形后进行涂布等(后涂布)。

《热交换器》

热交换器的构成没有特别的限定，只要是使用上述热交换器用翅片材料的构成，则可以是以往公知的构成的热交换器。另外，关于热交换器的制造方法，没有特别的限定。

需要说明的是，本发明并不限定于上述实施方式，只要在不脱离本发明的主旨的范围内，可以加入各种变更。

实施例

以下，使用本发明的实施例，对本发明进行更加详细地说明。

[供试材料的制造方法]

根据以往公知的制造方法，制作由纯铝系的A1200(JIS H4000)构成的铝板(板厚010mm)。将该铝板用碱性药剂(日本ペィント公司制“サ一フクリ一ナ一(注册商标)360”脱脂，进行磷酸铬酸盐处理。化成被膜的附着量以Cr换算为30mg/m²。

之后，将由表1所示的含磺酸基单体与丙烯酸单体的共聚物构成的水溶性树脂用纯水稀释成同体成分浓度5％，将由此得到的涂料组合物在磷酸铬酸盐处理后的铝板上涂布20mg/m²的量(水溶性树脂的量)，进行烘烤使板温达到200℃，制作供试材料。

[性能评价方法]

作为评价项目，以下将涂膜密合性以及亲水性(VOC除去性)的结果一起记于表1。

需要说明的是，表1的分子量(MW)是通过上述重均分子量的测定条件而测定的值，表1的MH×MW是对于MH、MW进行上述尾数处理(四舍五入)后计算得到的值。

(1)涂膜密合性

在离子交换水中浸渍完成涂装的铝板放置1分钟时，将涂膜的残存量为50％以上的情况设为○(良好)，将低于50％的情况设为×(不良)。需要说明的是，该涂膜的残存量以溶出后的板的重量减少为基础进行计算。

(2)亲水性(VOC除去性)

将预先在离子交换水中浸渍约1小时进行涂装后的铝板的溶出成分除去后，与十六烷酸、硬脂酸、硬脂醇、邻苯二甲酸二辛酯的混合物一起封入干燥器中，在100℃环境下实施暴露16小时(4种混合污染暴露试验)。将该4种混合污染暴露试验前后的雾化时的水润湿面积率为80％以上的情况设定为○(良好)，将超过50％且低于80％的情况设定为△(普通)，将50％以下的情况评价为×(不良)。

表1

由该表1所示，实施例(实施例1～3)中的翅片材料的涂膜密合性、VOC除去性任意一种均良好。

另外，虽然表中没有记载，但在所述磷酸铬酸盐处理后的铝板上作为基底处理形成有机耐腐蚀性被膜，然后，将水溶性树脂(与实施例1～3相同组成的树脂)用纯水稀释成固体成分浓度5％的涂料组合物通过上述方法进行烘烤，由此制作供试材料(设定为实施例1’、2’、3’)，进行上述性能评价。实施例1’～3’的翅片材料，得到涂膜密合性、VOC除去性均良好的结果(与实施例1～3相同的结果)。

需要说明的是，关于该基底处理，涂布氨基甲酸酯类树脂涂料(东邦化学公司制，氨基甲酸酯改性树脂乳液，ハィテック(注册商标)S-6254)，使干燥后的涂膜厚度达到1μm，之后进行烘烤。烘烤温度以铝板的达到温度计达到160℃进行实施。

另一方面，比较例1、2、4的翅片材料由于水溶性树脂的平均分子量在规定范围以外，并且MH×MW的值也在规定范围以外，因此，涂膜密合性差，关于VOC暴露后的亲水性也没有得到良好的结果。

另外，比较例3由于的翅片材料由于MH×MW的值在规定范围以外，因此，涂膜密合性差，关于VOC暴露后的亲水性也没有得到良好的结果。比较例5的翅片材料由于MH的值也在规定范围以外，因此，VOC暴露后的亲水性没有得到良好的结果。

比较例6的翅片材料由于MH×MW的值超过规定范围的上限值，因此无法制造。

比较例7、8的翅片材料由于磺酸的种类不是HAPS，因此，VOC暴露后的亲水性没有得到良好的结果。

符号说明

1 基材

2 亲水性涂膜(涂膜)

3 化成被膜

4 有机耐腐蚀性被膜

10 热交换器用翅片材料

11 VOC等污染物质

12 结露水

Claims

1.一种水溶性树脂，其在用于涂布热交换器或热交换器用部件的涂料组合物中使用，具特征在于，

所述水溶性树脂为3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸即HAPS或其盐与丙烯酸或其盐的共聚物，

HAPS或其盐的构成单元相对于该共聚物中的全部单体的构成单元100摩尔％的比率为23摩尔％以上，并且该共聚物的平均分子量为5万以上，所述比率与所述平均分子量的乘积为3000000以上且5000000以下。

2.一种热交换器用翅片材料，具备：由铝或铝合金构成的基材和在该基材上形成的亲水性涂膜，具特征在于，

所述亲水性涂膜是由含有权利要求1所述的水溶性树脂的涂料组合物形成的。

3.一种热交换器，其特征在于，使用了权利要求2所述的热交换器用翅片材料。