CN106634389B - 一种用于制备润滑性亲水涂层的涂料及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于涂料技术领域，公开了一种用于制备润滑性亲水涂层的涂料及其在空调热交换器翅片铝箔的表面处理领域中的应用，涂覆本发明涂料的铝箔加工性能好，可满足高速冲制设备要求。本发明涂料包含如下质量份的组分：亲水性聚合物10～40份；水溶性酰胺类聚合物0.5～10份；金属偶联剂0.05～1份；溶剂1～10份；水余量；上述组分的总量为100质量份。本发明涂料可应用于空调热交换器翅片铝箔的表面处理领域，将其涂覆在涂有防腐底涂的铝箔表面，即可形成具有自润滑性和亲水性的有机涂层，使铝箔具有良好的加工性能，满足高速冲制设备要求。且涂覆本发明涂料后，无需再次涂覆润滑层，满足国内设备的要求，同时避免润滑层吸潮发粘。
Description
技术领域
本发明属于涂料技术领域，特别涉及一种用于制备润滑性亲水涂层的涂料及其在空调热交换器翅片铝箔的表面处理领域中的应用，涂覆本发明涂料的铝箔加工性能好，可满足高速冲制设备要求。
背景技术
空调换热器中的翅片大多是由涂覆有亲水涂层的铝箔加工而成。随着技术的进步以及环保节能化的行业趋势所需，空调厂对亲水涂层铝箔的加工性(特别是涂层的润滑性方面)提出了越来越高的要求。
首先，从节约能源和环保的角度考虑，采用环保工质和小型化是未来家用空调器的发展趋势。换热器作为空调中体积最大和主要参与换热的部件，其小型化程度对空调器小型化有重要影响。实现换热器小型化的一个较好方法是用小管径内螺纹管换热管代替现有换热器中的换热管。小管径内螺纹管换热器在家用空调中的应用会大量的降低空调器的制造成本，例如换热管直径从7mm改为5mm。由于亲水铝箔的加工工艺有冲孔、开窗、翻边，穿管等工艺，换热管直径降低后，加工时翻边裂口，翻边高度达不到要求，穿管不畅，涂层冲制破坏等问题出现的频率就随之大幅上升。
其次，生产效率也有进一步提高的需求。目前市场上的亲水涂层铝箔只能满足300次/分钟以下的冲制速度，对于400次/分钟以上的高冲设备的适应性差。
针对以上情况，一些专利提出了提高涂层润滑性的解决方法，行业内也已验证以上问题可以通过提高涂层润滑性来解决，此外涂层润滑性提高还可以节约冲制时所需的起润滑和散热作用的冲压油。
CN101768504A公开了一种亲水涂层铝箔用水溶性润滑组合物，及其制备方法和使用方法；使用该组合物时将组合物涂布在亲水涂层铝箔的正反两面，涂布润滑层后可以隔离润滑油对亲水涂层的影响，保证有效的亲水性，带润滑层的亲水涂层铝箔表面磨擦系数小，能减少冲压过程中对模具的损耗，保护铝箔表面的亲水涂层，有利于满足热交换器翅片的特定要求及高速冲制技术的发展要求。
CN1704175A公开了一种亲水性处理铝板，包含一层由水溶性聚醚多元醇化合物与向其中加入的有机交联剂的反应而形成的慢洗脱润滑薄膜。在向该薄膜上涂覆纯水时的摩擦系数不超过0.15。
以上技术均提出了在亲水层基础上再上一层润滑涂层的方式来提高冲制性。其存在的问题在于，单面需要涂覆“底涂+面涂+润滑层”共3层，即3道涂覆过程，而目前国内涂层厂的涂布线多为双涂双烘，只能有2道涂覆过程，即“底涂+面涂”，如果再涂润滑层，需要重新在设备上过一遍，效率较低，且影响实际效果，更不用说润滑层在涂覆之前，有时还要对面涂层进行预处理，既增加了操作，处理繁琐，又会对原来的涂层等性能造成影响。此外，在实际使用过程中，所谓的润滑层在潮湿天气下还易产生吸潮发软发粘的情况，反而导致涂层冲制性的下降。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种用于制备自润滑亲水涂层的涂料组合物。
本发明另一目的在于提供上述用于制备润滑性亲水涂层的涂料组合物在空调热交换器翅片铝箔的表面处理领域中的应用，本发明涂料组合物可在铝箔表面形成具有优异自润滑性和亲水性的有机涂层，从而使铝箔具有良好的加工性能，可满足高速冲制设备要求。且铝箔涂覆本发明涂料组合物后，无需再次涂覆润滑层，满足国内大多数涂层厂家的设备，同时也避免了润滑层吸潮发粘的情况。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种用于制备润滑性亲水涂层的涂料，包含如下质量份的组分：亲水性聚合物10～40份；水溶性酰胺类聚合物0.5～10份；金属偶联剂0.05～1份；溶剂1～10份；水余量；上述组分的总量为100质量份。
所述的水溶性酰胺类聚合物包括阳离子、阴离子、非离子或两性聚丙烯酰胺，聚酰胺或者其他含酰胺基团的改性聚合物。
所述的水溶性酰胺类聚合物的分子量优选为10万～500万。
所述的金属偶联剂为水溶性金属偶联剂，包括钛酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂和碳酸锆铵中的至少一种。
所述的溶剂可为醇和/或醚，包括甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、乙二醇叔丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、丙二醇丁醚、二乙二醇乙醚、二乙二醇丁醚和二丙二醇甲醚中的至少一种。
所述亲水性聚合物由丙烯酸单体、磺酸单体和聚乙二醇单体反应得到。
所述的丙烯酸单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸及其盐中的至少一种。
所述的磺酸单体包括对苯乙烯磺酸、烯丙基磺酸、乙烯基磺酸、丙烯酸磺酸、甲基丙烯酸磺酸、3-烯丙氧基-2-羟基-丙烷磺酸及其盐中的至少一种。
所述的聚乙二醇单体为如下结构：
其中，R1为-H，或-CH3；
R2为-H，-CH3，或
n为5～500之间的整数。
合成所述亲水性聚合物时，所用各单体的质量份如下：
丙烯酸单体10～150；
磺酸单体10～50；
聚乙二醇单体20～100。
具体地，所述的亲水性聚合物由包括以下步骤的方法制备得到：
将丙烯酸单体、磺酸单体、聚乙二醇单体加入水中，得到10～50wt％的单体混合溶液；将引发剂加入水中得到5～50wt％的引发剂溶液；
将部分单体混合溶液加热至60℃～100℃，同时滴加引发剂溶液和剩余的单体混合溶液，滴加结束后恒温3～5h结束反应，得到亲水性聚合物。
所述的部分单体混合溶液优选为总质量的30～80％。
所述的引发剂为常规使用的过氧化物引发剂即可，如过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠等。
本发明合成得到亲水性聚合物，利用亲水性聚合物和水溶性酰胺类聚合物的疏水性差异，使其在成膜过程中形成微相分离，形成亲水微区和润滑微区相间的结构，实现涂层亲水性和润滑性的兼备。
本发明的用于制备润滑性亲水涂层的涂料组合物可应用于空调热交换器翅片铝箔的表面处理领域中，通过将其各组分混合后，涂覆在防腐底涂上即可获得自润滑亲水涂层。
将本发明涂料组合物涂覆在涂有防腐底涂的铝箔表面，可形成具有优异自润滑性和亲水性的有机涂层，从而使铝箔具有良好的加工性能，可满足高速冲制设备要求。且铝箔涂覆本发明涂料组合物后，无需再次涂覆润滑层，满足国内大多数涂层厂家的设备，同时也避免了润滑层吸潮发粘的情况。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
(1)本发明涂料组合物得到的涂层兼具亲水性和润滑性，不需要另外涂覆润滑层，成本低，操作简单。
(2)本发明的涂料组合物满足国内大多数设备双涂双烘的涂覆工艺，生产效率高。
(3)本发明涂料组合物所得涂层相比其他润滑层材料，涂层不易发粘。涂层润滑性好，对高冲设备适应性好。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
下列实施例中使用的试剂均可从商业渠道获得。
实施例1
(1)亲水性聚合物的制备
将丙烯酸钠、苯乙烯磺酸、烯丙基聚醚(PEG1000)按10/20/100质量份加入水中，配制成质量分数为30％的单体混合溶液，将过硫酸铵加入水中配制成质量分数为5％的溶液，先加入2/3的单体混合溶液，将反应体系加热至80℃，分别滴加过硫酸铵溶液和剩余的单体混合溶液，滴加结束后恒温3h结束反应，待反应产物冷却至室温即得到所述的亲水性聚合物。
(2)润滑亲水涂料组合物的制备
将如下质量份的组份相混合，搅拌均匀后得到面涂：
上述组份的总量为100质量份。
应用时，使用的底涂为本领域常用的丙烯酸类底涂即可。
实施例2
(1)亲水性聚合物的制备
将甲基丙烯酸、乙烯基磺酸钠、烯丙基聚醚(PEG200)按50/50/20质量份加入水中，配制成质量分数为50％的单体混合溶液，将过硫酸钾加入水中配制成质量分数为10％的溶液，先加入2/3的单体混合溶液，将反应体系加热至60℃，分别滴加过硫酸钾溶液和剩余的单体混合溶液，滴加结束后恒温5h结束反应，待反应产物冷却至室温即得到所述的亲水性聚合物。
(2)润滑亲水涂料组合物的制备
将如下质量份的组份相混合，搅拌均匀后得到面涂：
上述组份的总量为100质量份。
应用时，使用的底涂为本领域常用的丙烯酸类底涂即可。
实施例3
(1)亲水性聚合物的制备
将丙烯酸、甲基丙烯酸磺酸钠、烯丙基聚醚(PEG20000)按150/10/65质量份加入水中，配制成质量分数为15％的单体混合溶液，将过硫酸钠加入水中配制成质量分数为50％的溶液，先加入2/3的单体混合溶液，将反应体系加热至90℃，分别滴加过硫酸钠溶液和剩余的单体混合溶液，滴加结束后恒温4h结束反应，待反应产物冷却至室温即得到所述的亲水性聚合物。
(2)润滑亲水涂料组合物的制备
将如下质量份的组份相混合，搅拌均匀后得到面涂：
上述组份的总量为100质量份。
应用时，使用的底涂为本领域常用的丙烯酸类底涂即可。
实施例4
(1)亲水性聚合物的制备
将丙烯酸铵、3-烯丙氧基-2-羟基-丙烷磺酸、二烯丙基聚醚(PEG600)按15/35/50质量份加入水中，配制成质量分数为10％的单体混合溶液，将过硫酸铵加入水中配制成质量分数为25％的溶液，先加入2/3的单体混合溶液，将反应体系加热至100℃，分别滴加过硫酸铵溶液和剩余的单体混合溶液，滴加结束后恒温5h结束反应，待反应产物冷却至室温即得到所述的亲水性聚合物。
(2)润滑亲水涂料组合物的制备
将如下质量份的组份相混合，搅拌均匀后得到面涂：
上述组份的总量为100质量份。
应用时，使用的底涂为本领域常用的丙烯酸类底涂即可。
对比例1
在实施例1的基础上，其中亲水性聚合物制备中未加入聚乙二醇单体烯丙基聚醚(PEG1000)。
对比例2
在实施例2的基础上，面涂组分中未加入水溶性酰胺聚合物阴离子型聚丙烯酰胺(分子量为100万)。
将上述涂料组合物涂覆在防腐底涂上，经烘烤后形成涂层，将涂层按如下项目进行检测：
(1)冲制开裂情况：目测；
(2)亲水性：将10μL水滴从1cm高度滴落在涂层表面，30s内用接触角测定仪测试其接触角；
(3)附着力：用百格法测试；
(4)持续亲水性：将涂层放置于流水中冲刷100h，取出后测试其亲水性，结果如下。
表1 涂层各项性能指标
| 冲制开裂情况 | 亲水性 | 附着力 | 持续亲水性 | |
| 实施例1 | 无 | ＜8° | 0级 | 10°～15° |
| 实施例2 | 无 | ＜8° | 0级 | 10°～15° |
| 实施例3 | 无 | ＜8° | 0级 | 10°～15° |
| 实施例4 | 无 | ＜8° | 0级 | 10°～15° |
| 对比例1 | 少量 | ＜8° | 10％脱落 | 10°～15° |
| 对比例2 | 较多 | 8°～12° | 50％脱落 | 18°～20° |
由表1可见，本发明利用丙烯酸单体、磺酸单体和聚乙二醇单体合成得到亲水性聚合物，利用亲水性聚合物和水溶性酰胺类聚合物的疏水性差异，使其在成膜过程中形成微相分离，形成亲水微区和润滑微区相间的结构，形成具有优异自润滑性和亲水性的有机涂层，将其涂覆在铝箔表面，可使铝箔具有良好的加工性能，可满足高速冲制设备要求。且铝箔涂覆本发明涂料组合物后，无需再次涂覆润滑层，满足国内大多数涂层厂家的设备，同时也避免了润滑层吸潮发粘的情况。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于制备润滑性亲水涂层的涂料，其特征在于包含如下质量份的组分：亲水性聚合物10～40份；水溶性酰胺类聚合物0.5～10份；金属偶联剂0.05～1份；溶剂1～10份；水余量；上述组分的总量为100质量份；
所述亲水性聚合物由丙烯酸单体、磺酸单体和聚乙二醇单体反应得到；
所述的丙烯酸单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸及其盐中的至少一种；所述的磺酸单体包括对苯乙烯磺酸、烯丙基磺酸、乙烯基磺酸、丙烯酸磺酸、甲基丙烯酸磺酸、3-烯丙氧基-2-羟基-丙烷磺酸及其盐中的至少一种；
所述的聚乙二醇单体为如下结构：
其中，R1为-H，或-CH3；
R2为-H，-CH3，或
n为5～500之间的整数；
所述的水溶性酰胺类聚合物包括阳离子、阴离子、非离子或两性聚丙烯酰胺，聚酰胺或者其他含酰胺基团的改性聚合物。
2.根据权利要求1所述的用于制备润滑性亲水涂层的涂料，其特征在于：合成所述亲水性聚合物时，所用各单体的质量份如下：丙烯酸单体10～150；磺酸单体10～50；聚乙二醇单体20～100。
3.根据权利要求1所述的用于制备润滑性亲水涂层的涂料，其特征在于：所述的亲水性聚合物由包括以下步骤的方法制备得到：
将丙烯酸单体、磺酸单体、聚乙二醇单体加入水中，得到10～50wt％的单体混合溶液；将引发剂加入水中得到5～50wt％的引发剂溶液；
将部分单体混合溶液加热至60℃～100℃，同时滴加引发剂溶液和剩余的单体混合溶液，滴加结束后恒温3～5h结束反应，得到亲水性聚合物。
4.根据权利要求3所述的用于制备润滑性亲水涂层的涂料，其特征在于：所述的部分单体混合溶液为总质量的30～80％；所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾或过硫酸钠。
5.根据权利要求1所述的用于制备润滑性亲水涂层的涂料，其特征在于：所述的金属偶联剂为水溶性金属偶联剂；所述的溶剂为醇和/或醚。
6.根据权利要求1所述的用于制备润滑性亲水涂层的涂料，其特征在于：所述的水溶性酰胺类聚合物的分子量为10万～500万；所述的金属偶联剂为钛酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂和碳酸锆铵中的至少一种；所述的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、乙二醇叔丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、丙二醇丁醚、二乙二醇乙醚、二乙二醇丁醚和二丙二醇甲醚中的至少一种。
7.权利要求1～6任一项所述的用于制备润滑性亲水涂层的涂料在空调热交换器翅片铝箔的表面处理领域中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于通过将权利要求1～6任一项所述的用于制备润滑性亲水涂层的涂料涂覆在涂有防腐底涂的铝箔表面，即可形成具有自润滑性和亲水性的有机涂层。
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