CN104017444A - 一种防霜涂料、涂层及其制备方法以及在蒸发器的应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种蒸发器防霜涂料及其涂层的制备方法与应用。一种蒸发器防霜涂料，主要包括丙烯酸树脂，氟硅烷，纳米粒子，功能型助剂和溶剂。本发明还提供该涂料的制备方法，由该涂料固化形成的涂层，制备该涂层的涂覆方法，以及在制冷设备与空气源热泵的蒸发器表面或者其他冷表面形成防霜涂层的应用。本发明的防霜涂料，制备工艺简单，原料易得，施工方便，适用范围广，固化形成的防霜涂层疏水性强，防霜性能优异。该涂料与涂层应用于制冷设备与空气源热泵的蒸发器表面或者其他冷表面，能够有效延缓冰霜的形成，提高设备的正常使用效率，并使除霜更加容易，降低除霜时电能的消耗。

Description

一种防霜涂料、涂层及其制备方法以及在蒸发器的应用

技术领域

本发明属于化学、化工、材料、能源等技术领域，涉及一种防霜涂料、涂层及其制备方法以及在蒸发器的应用。

背景技术

结霜与结冰现象普遍存在，给我们的生活与生产带来极大的不便：降低设备的运行效率，造成不必要的能源浪费，导致安全隐患甚至灾难性事故等。其中，在冰箱等制冷设备以及空调等空气源热泵的蒸发器表面或者其他冷表面，结霜现象尤其严重。

直冷式冰箱冷冻室中的蒸发器通常安装在抽屉隔层位置，表面极易结霜，既不美观又影响使用，除霜的方法通常是将冰箱人为断电，使蒸发器表面温度回升，这样就要暂停冰箱的正常使用，影响食物的保存，给人们带来不便。另外，由于霜层的存在，大大降低了冰箱等制冷设备的运行效率。有研究表明，霜层厚度每增加5mm，设备的换热效率要下降达20%，导致能耗增加。对于风冷式冰箱而言，蒸发器通常安装在冰箱箱体的夹层中，虽然冰箱内部基本看不到冰霜，但在蒸发器表面仍然会有冰霜产生，同样会降低设备的运行效率。为了消除冰霜对制冷效果的影响，这类冰箱会定时自动对蒸发器进行电加热除霜，进一步加大了电能的消耗。与风冷式冰箱类似，还有诸多制冷设备同样采用电加热的方式进行除霜。

此外，空调等空气源热泵的蒸发器表面，也容易的冰霜的产生，导致传热效率下降，制热效果受到影响。这类设备也会进行定时的除霜运行，与制冷设备类似，空气源热泵在除霜时同样会暂停设备的正常运行，并加大能耗。以2011年的数据为例，我国用于冰箱、空调除冰的电力损耗多达2880亿度，相当于三峡水电站年发电量的3倍。

即使制冷设备与空气源热泵带有除霜功能，也容易产生新的问题。设备的除霜程序通常根据实验室工况进行设定，但是结霜会受到诸多因素的影响。如果除霜程序设定不当，就会出现除霜频繁、除霜不彻底的现象，蒸发器表面冰霜融化后残留在表面的水或冰晶，会导致下一个循环中冰霜的产生更加迅速，进一步缩短除霜周期，影响到设备的正常使用。在冰箱、空调等设备的除霜方面，我们消耗了大量的电能。

综上所述，冰箱、冷库等制冷设备以及空调、空气能热水器等空气源热泵的蒸发器表面和其他冷表面的防霜具有极为重要的经济意义和社会意义。本发明制备的蒸发器防霜涂料，成膜形成涂层之后，表面具有疏水性甚至超疏水性，水滴的静态接触角可达120-160°，接触角滞后小于20°。在该涂层表面对水的黏附力小，冷凝水滴呈珠状，易于从表面滚落，难以在表面积聚。通过本发明的防霜涂料涂覆在蒸发器表面或者其他冷表面形成的防霜涂层，结霜的延缓可达60-120min。同时，水滴与表面的接触面积减小，表面与水滴之间的热传递受到抑制，能够延缓冷凝水结冰。另外，该涂层能够减小冰霜与表面之间的黏附力，使得除霜更为容易，从而节约除霜时的电能消耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种蒸发器防霜涂料及其制备方法。

本发明的目的还在于提供一种蒸发器防霜涂层及其制备方法。

本发明的目的还在于提供一种蒸发器防霜涂料及其涂层的应用。

本发明通过如下技术方案实现：

一种蒸发器防霜涂料主要由丙烯酸树脂、氟硅烷、纳米粒子、功能型助剂、溶剂组成。

根据本发明，所述涂料由丙烯酸树脂组成，优选为含氟或含硅丙烯酸树脂。

根据本发明，所述涂料由丙烯酸树脂组成，其质量分数为10-80%，优选为20-60%。

根据本发明，所述涂料由氟硅烷组成，其质量分数为1-20%，优选为1-15%，更优选为1-12%。

根据本发明，所述涂料由纳米粒子组成，其质量分数为1-20%，所述纳米粒子为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米二氧化锆、纳米氧化锌、纳米氧化铝、纳米氧化锡、纳米氧化铟锡、纳米碳酸钙。

根据本发明，所述涂料由功能型助剂组成，其质量分数为0-20%，所述功能型助剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或几种。

根据本发明，所述涂料由溶剂组成，其质量分数为20-80%，所述溶剂包括乙醇、异丙醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮、丁酮中的一种或几种。

本发明还提供一种蒸发器防霜涂料的制备方法，其特征在于包括以下过程：

(1)将纳米粒子与功能型助剂加入到一定量溶剂中，通过机械搅拌、超声分散、球磨分散中的一种或者几种方式进行分散一定的时间，得到纳米粒子分散液；或者直接使用购买的纳米粒子分散液。

(2)向上述纳米粒子分散液中加入溶剂、丙烯酸树脂、氟硅烷，通过机械搅拌、超声分散、球磨分散中的一种或者几种方式进行分散一定的时间，得到蒸发器防霜涂料。

本发明还提供一种蒸发器防霜涂层，其特征在于，所述涂层包括上述防霜涂料和基材。

根据本发明，所述的基材选自铁、碳钢、不锈钢、铜、铝、铝合金等金属或合金，以及表面进行喷塑处理后的上述基材。

本发明还提供一种防霜涂层的制备方法，其特征在于，将上述防霜涂料涂覆在基材表面，在适当的条件下固化成膜获得防霜涂层。

根据本发明，所述涂覆方式包括刷涂、辊涂、喷涂、浸涂、淋涂等施工方式中的一种或几种。

根据本发明，所述固化成膜，可以是防霜涂料在室温下干燥成膜，也可以是加热固化成膜。

优选地，所述方法包括：将所述防霜涂料以刷涂、辊涂、喷涂、浸涂、淋涂等方式涂覆在基材表面，在适当的条件下固化成膜，获得防霜涂层。

本发明还提供一种上述防霜涂料及其涂层在蒸发器表面或者其他冷表面防霜中的应用。

本发明还提供一种蒸发器表面或者其他冷表面防霜的方法，所述方法包括将上述防霜涂料以刷涂、辊涂、喷涂、浸涂、淋涂等方式涂覆在基材表面。优选地，所述方法还包括将涂覆在基材表面的防霜涂料经固化成膜形成涂层。

本发明的防霜涂料及其涂层，相比其他类似材料具有以下优点：

（1）工艺简单：本发明所述防霜涂料的制备工艺简单易行，如将所述纳米粒子在溶剂中进行分散之后，与丙烯酸树脂、氟硅烷共混就可以获得防霜涂料；所述防霜涂料的施工工艺简单，可以通过刷涂、辊涂、喷涂、浸涂、淋涂的方式涂覆在基材表面。

（2）适用范围广，易于大面积施工：所述防霜涂料能广泛适用于铁、钢、铜、铝、铝合金等金属及合金表面，而且可以通过刷涂、辊涂、喷涂、浸涂、淋涂的方式进行大面积施工。

（3）防霜性能优异：所述防霜涂料在基材表面形成的防霜涂层具有疏水性，一方面能够避免冷凝水或者冰霜在蒸发器等冷表面的积累，延缓冰霜的形成；另一方面能够降低除霜时的能量消耗，使形成的冰霜能够在表面温度略高于零度时轻易脱落。

附图说明

图1是本发明试验实例1示意图；

图2是本发明试验实例2示意图；

图3是本发明试验实例3示意图；

图4是本发明试验实例4示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

实施例1

（1）   取40mL丙酮、40mL乙酸乙酯、20mL乙醇混合配制成混合溶剂；

（2）   向上述混合溶剂中加入30g纳米二氧化硅通过机械搅拌30min分散均匀，加入0.15硅烷偶联剂继续搅拌20min，得到纳米粒子分散液；

（3）   将2g氟硅烷加入到纳米粒子分散液中，通过机械搅拌10min分散均匀；

（4）   将12g丙烯酸树脂加入到纳米粒子分散液中，通过机械搅拌分散2h，得到防霜涂料；

（5）   将防霜涂料均匀涂覆在铝片表面，将铝片置于80℃烘箱中4h成膜，得到具有防霜涂层的铝片。

 

实施例2

（1）   将50g纳米氧化锌乙醇分散液（纳米氧化锌含量40%）与50g丁酮混合，通过机械搅拌30min混合均匀；

（2）   将2g氟硅烷加入到纳米粒子分散液中，通过机械搅拌分散10min；

（3）   将20g丙烯酸树脂加入到纳米粒子分散液中，通过机械搅拌分散2h，得到防霜涂料。

（4）   将防霜涂料均匀涂覆在铝片表面，将铝片置于100℃烘箱中2h成膜，得到具有防霜涂层的铝片。

试验实例1

对上述实施例1中制备的表面具有所述防霜涂层的铝片进行水滴静态接触角的测试，测得的水滴静态接触角为127°，如图1所示，接触角滞后为10°。

试验实例2

对上述实施例2中制备的表面具有所述防霜涂层的铝片进行水滴静态接触角的测试，测得的水滴静态接触角为120°，如图2所示，接触角滞后为14°。

试验实例3

对上述实施例1中制备的表面具有所述防霜涂层的铝片进行防霜测试，环境温度为19℃，相对温度为40%，铝片表面温度为-14.5℃，测量铝片表面的霜层厚度的变化，同时以未涂覆防霜涂料的铝片进行对比试验。2h后，未涂覆防霜涂料的铝片表面霜层厚度为2.35mm，具有所述防霜涂层的铝片表面霜层厚度为0.47mm。霜层厚度随时间的变化如图3所示。

试验实例4

对上述实施例2中制备的表面具有所述防霜涂层的铝片进行防霜测试，环境温度为21℃，相对温度为50%，铝片表面温度为-15.0℃，测量铝片表面的霜层厚度的变化，同时以未涂覆防霜涂料的铝片进行对比试验，2h后，未涂覆防霜涂料的铝片表面霜层厚度为2.85mm，具有所述防霜涂层的铝片表面霜层厚度为0.62mm。霜层厚度随时间的变化如图4所示。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种防霜涂料，其特征在于：按重量百分比包括如下成份:丙烯酸树脂10-80%、氟硅烷1-20%、纳米粒子1-20%、功能性助剂0-20%、溶剂20-80%。

2.如权利要求1 所述的防霜涂料，其特征在于：按重量百分比包括如下成份:丙烯酸树脂20-60%、氟硅烷1-15%、纳米粒子1-20%、功能性助剂0-20%、溶剂20-80%。

3.如权利要求1 所述的防霜涂料，其特征在于：所述丙烯酸树脂为含氟或含硅丙烯酸树脂。

4.如权利要求1 所述的防霜涂料，其特征在于：所述纳米粒子为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米二氧化锆、纳米氧化锌、纳米氧化铝、纳米氧化锡、纳米氧化铟锡、纳米碳酸钙中的一种。

5.如权利要求1 所述的防霜涂料，其特征在于：所述功能型助剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或几种。

6.如权利要求1 所述的防霜涂料，其特征在于：所述溶剂包括乙醇、异丙醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮、丁酮中的一种或几种。

7.一种防霜涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1) 纳米粒子分散液的制备：将纳米粒子与功能型助剂加入到一定量溶剂中，通过机械搅拌、超声分散、球磨分散中的一种或者几种方式进行分散一定的时间，得到纳米粒子分散液；或者直接使用购买的纳米粒子分散液；

(2)向上述纳米粒子分散液中加入剩余的溶剂、丙烯酸树脂、氟硅烷，通过机械搅拌、超声分散、球磨分散中的一种或者几种方式进行分散一定的时间，得到蒸发器防霜涂料。

8.一种防霜涂层，其特征在于，所述涂层包括如权利要求1所述的防霜涂料和基材, 所述的基材选自铁、碳钢、不锈钢、铜、铝、铝合金等金属或合金，以及表面进行喷塑处理后的上述基材。

9.一种防霜涂层的制备方法，其特征在于，将上述防霜涂料涂覆在基材表面，固化成膜获得防霜涂层, 所述涂覆方式包括刷涂、辊涂、喷涂、浸涂、淋涂等施工方式中的一种或几种,所述固化成膜，为防霜涂料在室温下干燥成膜或是加热固化成膜中的一种。

10.一种如权利要求1所述的防霜涂料及其涂层在蒸发器表面或者其他冷表面防霜中的应用。