CN1430537A - 使用硅烷涂料改进热效率的方法和由此制备的涂敷制品 - Google Patents

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CN1430537A CN01800875A CN01800875A CN1430537A CN 1430537 A CN1430537 A CN 1430537A CN 01800875 A CN01800875 A CN 01800875A CN 01800875 A CN01800875 A CN 01800875A CN 1430537 A CN1430537 A CN 1430537A
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Abstract

用包含例如甲基三甲氧基硅烷的齐聚物硅烷涂料组合物涂敷新的或使用过的换热设备，如HVAC系统，以极大地改进传热效率和防止或抑制腐蚀。这些齐聚物涂料组合物能填充在传热表面上的微孔，和渗透到在型锻或压力配合的表面如翅片和管子的界面的微空穴中。齐聚物硅烷涂料组合物是高度活性的和不仅仅与传热表面的金属和金属氧化物形成键合，也会置换在传热接触表面上的气体或液体和与氧化物和化学杂质形成化学键和/或氢键。由此，形成并行的传热途径。涂敷的涂料可以薄到仅有百万分之几英寸和会填充微空穴到最大约2000纳米的深度。涂敷的传热表面对于污物和微生物沉积是防粘的，因此容易维护和对用于热/冷禁阻的结构是环境安全的。

Description

使用硅烷涂料改进热效率的方法 和由此制备的涂敷制品
相关申请的交叉参考
本申请要求来自分别在2000年2月8日，2000年2月28日，2000年2月28日和2000年9月28日提交的临时申请60/181,061，60/185,354,60/185,367和60/236,158的优先权。
发明背景
发明领域
本发明涉及使用硅烷基涂料组合物涂敷换热系统，如HVAC系统，因此加热效率和腐蚀保护性两者均有实质的改进。更具体地，本发明涉及改进换热系统的性能和使用寿命，其中换热表面涂敷有非常薄的波璃状硅烷基涂料组合物的涂层，它渗透到在换热表面之间和之中的界面上的小空间中，以提供用于传热和防止腐蚀的并行路径，借此极大地改进短期和长期效率。
现有技术的讨论
硅烷，硅烷醇和硅氧烷化合物，作为溶剂基和含水基两者的以或不以有机取代物改性的配制剂，已经使用许多年，用于如下用途：用作玻璃或其它无机基材对有机化合物的偶联剂；用作混凝土和织造织物材料的非永久的(有限寿命)抗水剂；用于粘合剂和密封层的合成橡胶状化合物；用于有机油漆和无机涂料的粘合改性剂；和利用具有与有机和无机表面形成中等到强的氢键的能力的其它性能增强用途，其比大多数种类的聚合物涂料更牢固。
美国专利3,944,702，3,976,497，3,986,997和4,027,073描述了是胶体二氧化硅和羟基化的硅倍半氧烷(silsequioxane)在醇-水介质中的酸分散体的涂料组合物。
U.S.4,113,665公开了基于其主要部分是在酸性溶液中通过三烷氧基硅烷(如甲基三乙氧基硅烷)与脂族多元醇，硅氧烷或两者反应而制备的粘合剂的耐化学性的环境可固化涂料。可以加入钡填料，如偏硼酸钡，以提供耐二氧化硫的性能。为了达到进一步的耐腐蚀性可以包括氧化锌或金属锌。可以通过喷涂将组合物涂敷到如钢制石油罐，混凝土，玻璃状表面上。
U.S.4,413,086描述了水稀释涂料组合物，其包含某些亲水性有机聚甲醇和有机硅材料如有机硅烷之间的反应产物的有机硅烷-多元醇，固化剂(如氨基塑料树脂)，有机溶剂(非必要的)，基本未反应的多元醇(非必要的)，基本未反应的水解的和缩合的有机硅烷(非必要的)，水(非必要的)和颜料(非必要的)。
U.S.4,648,904描述了(a)可水解的硅烷，包括甲基三甲氧基硅烷，(b)表面活性剂(如表I第4栏)和(c)水的含水乳液。涂料可用作粉刷砖石建筑的抗水剂。
U.S.5,275,645用于提供对上述U.S.4,113,665的酸催化有机硅烷涂料组合物的改进。根据此专利在环境温度下使用胺催化剂和有机金属催化剂从包含具有Si-O键的有机硅烷的涂料组合物获得保护性涂层。
U.S.5,879,437描述了一种涂料组合物，其包含四烷基硅酸盐或其单体水解产物或其齐聚物水解产物，基于组合物的非挥发性内容物其比例为40-90wt％，和含水氧化物溶胶(A型或B型)，它的量使氧化物占非挥发性物质的10-60wt％。根据专利权人，此涂料组合物适用于固体表面如金属，一般包括钢，钛，铜，锌和特别是铝的预处理，以在润滑剂存在或不存在的情况下改进预处理的表面对随后涂敷的涂料如油漆，清漆，瓷漆或粘合剂的粘合性能。
U.S.5,882,543描述了用于脱水，钝化和涂敷HVAC(加热，通风和空气调节)系统的方法和组合物。该组合物包括有机类金属和/或有机金属化合物，在系统中它和水反应。通过将组合物引入到流体外壳上和当从开口出来时，组合物(即有机金属)与大气水分反应以密封开口，从而明显地获得这些组合物的密封功能。
U.S.5,954,869公开了由通过混合具有一个或多个可水解基团的有机硅烷和包含至少两个羟基的多元醇而获得的水稳定的有机硅烷得到的抗菌涂料。此专利公开了许多潜在的应用和最终用途，如4栏，35-53行；23-25栏。
U.S.5,959,014涉及目的在于具有延长的存放期的有机硅烷涂料。其中通式RnSiX4-n(n＝0-3；R＝不可水解的基团；X＝可水解的基团)的有机硅烷和包含至少三个羟基的多元醇反应，其中至少三个羟基中的至少任何两个被至少三个插入原子分隔。
J.Schutt和A.Gedeon的U.S.5,929,159，其和本申请一起受让，描述了一种以含水组合物形式存在的齐聚物涂料组合物，所述水性组合物包括在至少一种硅烷醇的部分缩合物(它的至少约70wt％是甲基三甲氧基硅烷)的低级脂族醇-水溶液中的二价金属阳离子(特别是Ca，Mn，Cu和Zn二价离子)的分散体，和用量使得pH值为约2.5到约6.2的酸，该二价金属阳离子的量为从约1.2-约2.4毫摩尔/摩尔当量的部分缩合物，以甲基硅烷倍半氧化物计算。也描述了提供以两部分配制剂形式的涂料组合物，第一部分是二价金属阳离子的酸性含水分散体，其具有从约2.2到约2.8范围的pH值；第二部分是包括至少一种三烷氧基硅烷的非含水组合物，第一和第二部分的至少一个包括挥发性有机溶剂。单甲基硅烷醇(由单甲基烷氧基硅烷水解得到)单独地或与少量其它硅烷醇如苯基三甲氧基硅烷醇、γ-缩水甘油氧基硅烷醇等的混合物的部分缩合物的含水醇分散体可提供耐腐蚀涂料，其中反应由通常来自碱土金属氧化物的二价金属离子如Ca+2催化。当这些涂料涂敷到如船壳，例如铝壳上时，它们对于防止盐水的长期腐蚀是高度有效的。
这样，此专利指出该专利涂料组合物适合用于涂敷到各种类型的基材上，但特别是船舶表面，如铝船壳，以使表面在盐水环境下耐腐蚀。在Schutt和Gedeon的专利中提到的该专利硅烷基涂料组合物的其它代表性的可能应用和基材包括用于混凝土/岩石的涂料，其中由于它的低粘度和活性本质，涂料可渗透多孔材料；用于金属/塑料的涂料，其中涂料优选涂敷到非常清洁的表面上，但它自身会清洁在金属或塑料上的孔和排出一般会上升到涂料的表面上的污染物。
Schutt等人的专利组合物是使用已述的各种形成硅氧烷键的单体的齐聚物涂料。U.S.5,929,159的组合物的随后改性已经由John Schutt开发和描述过，例如，在都是2000年2月28日提交的同时待审临时申请60/185,367和60/185,354，和2000年9月25日提交的60/236,158。主要地，这些临时申请公开了对于硅烷/硅氧烷/硅烷醇齐聚物组合物的配制剂，包括溶剂(非含水)基的和水(含水)基的，它们通过硅氧(-Si-O-)键的方式有效地键合到许多不同的金属和非金属表面上。
由U.S.5,929,159专利和临时申请公开的组合物可在环境条件下固化和使用例如酸、碱和金属氧化物催化剂进行催化。它们可包含形成比与水形成的那些具有更大能量的氢键的有机添加剂。由于产生比偶极力或色散力更牢固、更强的共价键，因此可以提供对金属表面的保护。
发明概述
已经发现，U.S.5,929,159的涂料组合物和随后开发的配制剂，如在前述三个临时申请序列号60/185,354,60/185,367和60/236,158中描述的，这些文献在此全文引入作为参考，能够非常有效地对换热系统包括特别是空调单元和其它HVAC系统和其单个组件提供牢固粘合的耐腐蚀涂层。尽管不想受任何特定操作理论的约束，相信这些形成硅氧键的涂料组合物的有效性至少部分地是由于这些组合物的齐聚物本质。齐聚物组分的低分子量和组合物的低粘度，使它们能渗透在所有表面上存在的缺陷表面结构，可任选地在表面上产生树枝状网络。特别地，扫描电子显微照片显示在此描述的组合物渗透具有纳米尺寸的缺陷的同时形成厚度约百万分之一英寸的膜。
这些组合物不仅可以涂敷新换热系统和其组成部分，如盘管，冷凝器等，而且也可以就地涂敷到现有换热系统和组成部分上，甚至当系统或其单独部件被腐蚀时。
因此，本发明提供一种用于改善传热表面的换热(热)效率和对传热表面和传热系统及其组成部分的腐蚀的保护方法，其通过以低粘度的，渗透性的，反应性的，可固化的，成膜的硅烷基涂料组合物涂敷单独的传热表面或涂敷整个传热系统或其组成部分并固化该组合物而在涂敷的表面上形成至少基本连续的玻璃状涂层，该涂层延伸到在表面上可能存在的空隙和缺损处中，因此在传热表面和任何其它涂敷的表面上提供热传导腐蚀保护层。
在一个实施方案中，本发明提供用于改进从与传热系统的热传导组件传热表面传热接触流动的传热介质的传热效率的方法。
在本发明特别优选的实施方案中，将涂料组合物涂敷到翅片和管式换热系统的至少换热表面上。
在本发明的优选实施方案中，涂料组合物是通过混合以下物质形成的含水或非含水的齐聚物硅烷涂料组合物：
(a)至少一种通式(1)的硅烷
    R1 nSi(OR2)4-n           (1)
其中R1表示低级烷基，C6-C8芳基或包括至少一个乙烯基、丙烯酸基、氨基、巯基或氯乙烯官能团的官能团；
(b)硅烷缩合催化剂，和
(c)低级链烷醇溶剂，和非必要地，一种或多种
(d)胶体氢氧化铝；
(e)通式(2)的金属醇化物：
    M(OR3)m                 (2)
其中M是化合价为2，3或4的金属，或两种或多种这样金属的混合物；
R表示低级烷基；和
m表示2，3或4的数字；
(f)选自碱金属硅酸盐，乙基原硅酸盐，乙基聚硅酸盐和胶体二氧化硅的二氧化硅组分，其分散在低级链烷醇中；
(g)成色的链烷醇缩合催化剂；
(h)环氧硅烷；和
(i)超细二氧化钛紫外光吸收剂。
将涂料组合物涂敷到至少一部分传热表面上和使涂敷的涂料组合物固化以形成高度耐腐蚀和牢固粘合的涂层。此涂层有效地填充在传热表面上的微孔和裂缝中以有效地增加可用于传热的面积。
相似地，本发明提供一种用于增加在彼此热接触的第一和第二传热表面之间的接触面积，以此改进热接触传热表面的传热效率的方法。此实施方案的方法包括将低粘度，渗透性的，可固化的，反应性的，成膜的涂料组合物涂敷到该第一和第二传热表面的至少一个热接触传热表面上并固化所述组合物而在传热表面上形成至少基本连续的玻璃状涂层，该涂层延伸到在该传热表面上可能存在的空隙和缺损处中，由此在传热表面上提供热传导腐蚀保护层。
在此再一次地，优选的涂料组合物是通过混合以下物质形成的含水或非含水的齐聚物硅烷涂料组合物：
(a)至少一种通式(1)的硅烷
    R1 nSi(OR2)4-n             (1)
其中R1表示低级烷基，C6-C8芳基或包括至少一个乙烯基、丙烯酸基、氨基、巯基或氯乙烯官能团的官能团；
(b)硅烷缩合催化剂，和
(c)低级链烷醇溶剂，和非必要地，一种或多种
(d)胶体氢氧化铝；
(e)通式(2)的金属醇化物：
    M(OR3)m                   (2)
其中M是化合价为2，3或4的金属，或两种或多种这样金属的混合物；
R表示低级烷基；和
m表示2，3或4的数字；
(f)选自碱金属硅酸盐，乙基原硅酸盐，乙基聚硅酸盐和胶体二氧化硅的二氧化硅组分，分散在低级链烷醇中；
(g)成色的链烷醇缩合催化剂；
(h)环氧硅烷；
(i)超细二氧化钛紫外光吸收剂；
(j)水；和
(k)共溶剂。
在一个特别优选的实施方案中，通过以低粘度，渗透性的，可固化的，反应性的，成膜的涂料组合物涂敷金属对金属的接触处并固化组合物而在该传热表面上形成至少基本连续的玻璃状涂层，该涂层延伸到在该传热表面上可能存在的空隙和缺损处中，由此在该传热表面上提供热传导腐蚀保护层，由此改进其中存在金属对金属的接触的、其中金属传热表面是型锻或压力配合到金属传热流体输送工具的类型的换热设备的效率。优选，将包含通式(1)的硅烷、硅烷缩合催化剂和溶剂和一种或多种非必要的成分的含水或非含水齐聚物硅烷涂料组合物涂敷到金属对金属接触部分的界面上，在此齐聚物涂料组合物会置换在界面上的气体和液体；使涂料组合物固化形成具有从约5到约150百万分之一英寸的膜厚度，同时也填充位于金属对金属接触界面的金属表面上的微孔。
本发明也提供涂敷的换热表面和换热系统和组成部分，特别是翅片和管式换热系统。发明和优选实施方案的详细描述
用于本发明的涂料组合物一般可以是低分子量齐聚物硅烷基涂料。在此使用的术语“硅烷”不仅仅包括硅烷也包括硅烷醇和硅氧烷及其低分子量部分缩合产物。术语“低分子量”用于表示一般没有大或庞大的有机分子或部分作为硅烷组分的部分，即其中有机取代基一般限制到低级烷基，特别是包含从1到4个碳原子，特别是1到3个碳原子的烷基，特别地包括甲基，乙基，正丙基和异丙基，和不大于约8个碳原子，特别是约6个碳原子的芳基，如苯基，苄基和苯乙基。
更进一步，本发明的涂料组合物特征在于低粘度，有利于使涂料组合物渗透到在传热表面上存在的微裂缝和微空隙中。在此使用的“低粘度”用于表示渗透到在金属表面上的微米和亚微米尺寸空隙中的能力。典型地，本发明的涂料组合物特征在于使用No.2(#2)Zahn Cup在室温下(约18℃)测量的从约4到约10秒，特别地从约5到约8秒的涂料粘度。
本发明也提供以在此描述的本发明硅烷基防腐蚀涂料组合物涂敷的改进的传热系统。特别地，本发明涂料组合物可以用作新或刷新的传热系统和组件的保护性涂料，以及就地涂敷到使用过的，腐蚀的或生锈的传热系统和其组成部分上，以显著地改进性能和增加该处理过的系统和组成部分的使用寿命。
本发明的组合物能够容易地渗透到非常小的空间和裂缝中，包括在用于制造换热系统和组成部分的金属基材中低至纳米级的内含物。与包括已知硅烷基涂料组合物的通常有机涂料相比，本发明的组合物特征在于低内聚力，结果，由于它们的活性化学本质，倾向于渗入这样的小微空间。这样，例如包括丙烯酸类，聚氨酯类，环氧类和酚醛类的有机涂料，将不会自然地渗入小(如微空隙)金属接触不规则物中，甚至当通过E-涂敷(电涂)技术涂敷时也不会如此。尽管在现有技术中已经建议混合一些硅烷/硅氧烷化合物和丙烯酸类，丙烯酸聚氨酯类，有机酸和环氧化物，然而，这些已知配制剂不能利用小的活性分子，而这是本发明的特征，它可以渗入在热接触表面之上和之间的极小空隙中。
在毛细作用和亥姆赫兹自由能的驱动力下，用于本发明的涂料组合物能够填充小的纳米尺寸空隙，置换气体和/或与水或其它化学品反应。本发明涂料组合物移动和渗透毛细管结构释放亥姆赫兹自由能的能力使它们置换通过二价和三价力键合的分子，和通过形成微米级厚度(约百万分之5到约百万分之150英寸)的涂层而提供保护。这些驱动力甚至使这样的渗透在存在于所述换热器连接处的高压(如2000p.s.i.)下发生。因此，本发明的涂料对于通过在金属接触处如热分散翅片和输送用于热吸收或分散的流体或气体的管道或管线之间提供并行热路径，而增加换热器的效率是高度有效的。
优选用于本发明的低粘度、渗透性的活性涂料组合物是硅烷基涂料组合物，和可以是含水或非含水的。优选的涂料组合物通过混合以下物质得到：(a)至少一种通式(1)的硅烷
    R1 mSi(OR2)4-n           (1)
其中R1表示低级烷基，C6-C8芳基或包括至少一个乙烯基、丙烯酸基、氨基、巯基或氯乙烯官能团的官能团；和(b)硅烷缩合催化剂，它可以是例如，酸，碱，或混合的酸-碱。硅烷和催化剂在低粘度溶剂，典型地为低级链烷醇如乙醇、异丙醇等中接触。一种或多种另外的反应性或官能化成分可以包括在组合物中。
适合用于本发明的齐聚物硅烷涂料组合物的代表性例子已经在我的上述专利和同时待审临时申请中描述过，以下简要描述。
I.包括在至少一种通式为RSi(OH)3的硅烷醇的部分缩合物的低级脂族醇-水溶液中的二价金属阳离子的分散体的含水涂料组合物，其中R选自低级烷基，或C6-C8芳基，或包括至少一个乙烯基，丙烯酸基，氨基，巯基，或氯乙烯官能团的官能团(如，3，3，3-三氟丙基，γ-缩水甘油氧基丙基，和γ-甲基丙烯酰氧基丙基)，至少约70wt％的硅烷醇是CH3Si(OH)3，用量为使pH为约2.5到约6.2的酸，该二价金属阳离子的量为从约1.2到约2.4毫摩尔/摩尔当量的部分缩合物，以甲基硅烷倍半氧化物计算；
II.通过混合以下物质形成的含水涂料组合物：
(A)至少一种通式(1)的硅烷
    R1Si(OR2)3                 (1)
其中
R1是低级烷基，C6-C8芳基或N-(2-氨乙基)-3-氨丙基，和
R2是低级烷基；
(B)选自水溶性有机酸，H3BO3和H3PO3的酸组分；和
(D)水；
III.通过混合以下物质形成的非含水涂料组合物：
(A)至少一种通式(1)的硅烷
    R1 nSi(OR2)4-n             (1)
其中R1表示低级烷基，C6-C8芳基，3，3，3-三氟丙基，γ-缩水甘油氧基丙基，γ-(甲基)丙烯酰氧基丙基，N-(2-氨乙基)-3-氨丙基，或氨丙基；
R3表示低级烷基；和
n是1到2的数字；和
(E)(i)乙烯基三乙酰氧基硅烷，(ii)胶体氢氧化铝；和/或(iii)至少一种通式(2)的金属醇化物：
    M(OR3)m                  (2)
其中M表示化合价为m的金属，
R3表示低级烷基；和
m是2，3或4的数字；
IV.通过混合以下物质形成的非含水涂料组合物：
(A)至少一种通式(1)的硅烷
    R1 nSi(OR2)4-n            (1)
其中R1表示低级烷基，C6-C8的芳基，3，3，3-三氟丙基，γ-缩水甘油氧基丙基，γ-(甲基)丙烯酰氧基丙基，N-(2-氨乙基)-3-氨丙基，或氨丙基；
R2表示低级烷基或乙酰基；和
n是1到2的数字；
(B)硼酸，非必要地溶于低级链烷醇中；
(E)(i)乙烯基三乙酰氧基硅烷，(ii)胶体氢氧化铝；和/或(iii)至少一种通式(2)的金属醇化物：
    M(OR3)m                  (2)
其中M表示化合价为m的金属，
R3表示低级烷基；和
m是2，3或4的数字；和
(F)选自乙基原硅酸盐，乙基聚硅酸盐，和胶体二氧化硅的二氧化硅组分，其分散在低级链烷醇中；
V.通过混合以下物质形成的非含水涂料组合物：
(A)至少一种通式(1)的硅烷
    R1 nSi(OR2)4-n             (1)
其中R1表示低级烷基，C6-C8的芳基，3，3，3-三氟丙基，γ-(甲基)丙烯酰氧基丙基，N-(2-氨乙基)-3-氨丙基，或氨丙基；
R2表示低级烷基或乙酰基；和
n是1到2的数字；
(A’)γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷；
(B)硼酸，非必要地溶于低级链烷醇中；
(E)(i)乙烯基三乙酰氧基硅烷，(ii)胶体氢氧化铝；和/或(iii)至少一种通式(2)的金属醇化物：
    M(OR3)m                  (2)
其中M表示化合价为m的金属，
R3表示低级烷基，
m是2，3或4的数字；
VI.通过混合以下物质形成的含水涂料组合物：
(A)至少一种通式(1)的硅烷
    R1 nSi(OR2)4-n            (1)
其中R1表示低级烷基，C6-C8的芳基或包含至少一个乙烯基，丙烯酸基，氨基，巯基，或氯乙烯官能团的官能团；和
R2是低级烷基；
(B)包括选自水溶性有机酸，H3BO3和H3PO3的一种成分的酸组分；和
(D)水；
VII.通过混合以下物质形成的含水涂料组合物：
(A)至少一种通式(1)的硅烷
    R1 nSi(OR2)4-n             (1)
其中R1表示低级烷基，C6-C8的芳基或包含至少一个乙烯基，丙烯酸基，氨基，巯基，或氯乙烯官能团的官能团；和
R2是低级烷基；
(C)碱组分；和
(D)水；
VIII.通过混合以下物质形成的含水涂料组合物：
A)至少一种通式(1)的硅烷
    R1Si(OR2)3               (1)
其中R1是低级烷基，C6-C8的芳基或包含乙烯基，丙烯酸基，氨基，或氯乙烯官能团的双官能化硅烷；和
R2是低级烷基；
E)(ii)胶体氢氧化铝；(iii)通式(2)的金属醇化物：
    M(OR3)m                  (2)
其中
M是化合价为m的金属，
R3是低级烷基；
m是3或4的整数，
或(ii)和(iii)的混合物；和
(D)水；
IX.通过混合以下物质形成的含水涂料组合物：
A)至少一种通式(1)的硅烷
    R1Si(OR2)3                (1)
其中R1是低级烷基，C6-C8的芳基或包含乙烯基，丙烯酸基，氨基，或氯乙烯官能团的双官能化硅烷；和
R2是低级烷基；
(D)水；
(G)醋酸铬氢氧化物；和
(H)低级链烷醇；
X.通过混合以下物质形成的含水涂料组合物：
A)至少一种通式(1)的硅烷
    R1Si(OR2)3                 (1)
其中R1是低级烷基，C6-C8的芳基或包括至少一个乙烯基，丙烯酸基，氨基，巯基，或氯乙烯官能团的官能团；和
R2是低级烷基；
(D)水；
(E)(ii)胶体氢氧化铝；(iii)通式(2)的金属醇化物：
    M(OR3)m                (2)
其中
M是化合价m的金属，
R3是低级烷基；
m是3或4的整数，
或为(ii)和(iii)的混合物；
(F)碱金属硅酸盐，它可以是水解的；和
(H)低级链烷醇；
XI.通过混合以下物质形成的非金属含水涂料组合物：
A)至少一种通式(1)的硅烷
    R1Si(OR2)3             (1)
其中
R1是低级烷基，C6-C8的芳基或包括至少一个乙烯基，丙烯酸基，氨基，巯基，或氯乙烯官能团的官能团；和
R2是低级烷基；
(A”)3-(2-氨乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷或3-氨丙基三甲氧基硅烷；
(D)水；
(H)低级链烷醇；和
(I)环氧化物硅烷；
XII.通过混合以下物质形成的含水涂料组合物：
A)至少一种通式(1)的硅烷
    R1Si(OR2)3              (1)
其中R1是低级烷基，C6-C8的芳基或包括至少一个乙烯基，丙烯酸基，氨基，巯基，或氯乙烯官能团的官能团；和
R2是低级烷基；
(B)硼酸；
(C)至少一种包括二价金属的氢氧化物或碳酸盐的碱性组分；
(D)水；
(H)低级链烷醇；和
(J)乙基聚硅氧烷；
作为通式(1)的硅烷的例子，其中R1是烷基或的芳基，可以提及的是例如，甲基三甲氧基硅烷，乙基三甲氧基硅烷，乙基三乙氧基硅烷，正丙基三甲氧基硅烷，正丙基三乙氧基硅烷，异丙基三甲氧基硅烷，正丁基三甲氧基硅烷，异丁基三甲氧基硅烷，苯基三甲氧基硅烷，优选甲基三甲氧基硅烷。在其中R1是官能团的情况下，可以提及的是例如，N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷，3-巯基丙基三甲氧基硅烷，3-巯基丙基三乙氧基硅烷，3-氨基丙基三乙氧基硅烷，3-(甲基)丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，3-(甲基)丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷，正苯基氨基丙基三甲氧基硅烷，乙烯基三乙氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷，烯丙基三甲氧基硅烷，和任何以下描述的氨基硅烷催化剂。
在此使用的“官能团”用于包括除羟基(包括烷氧基，芳氧基等)以外的任何基团，它是可水解的以就地提供反应性基团(如反应性氢)，该反应性基团会在缩合反应以外与基材(如金属)，它自身，或在涂料组合物中或来自涂料组合物的其它反应性组分反应。
官能团，除羟基之外(通过(OR2)基团的水解)，倾向于形成三维或交联的结构，这在现有技术中是公知的。
此外，在本发明的各种实施方案中，常常优选使用两种或多种通式(1)硅烷化合物的混合物。至少苯基三甲氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷的混合物常常是特别优选的。
一般情况下，通式(1)硅烷化合物的总量在约40到约90wt％，优选从约50到约85wt％，基于硅烷、催化剂和溶剂的总重量。
除通式(1)的硅烷化合物之外，组合物可另外包括双三官能团氨基硅烷，如由通式(4)表示的：
X[R1Si(OR2)3]2                (4)
其中R1和R2如上定义，X表示氨基(-NH)或酮基(O＝C＜)，作为碱性催化剂，不要求酸稳定。作为根据通式(4)的氨基硅烷或酮基硅烷催化剂的代表性例子，可以提及的是例如，双(三甲氧基丙基硅烷)胺，双(三甲氧基乙基硅烷)胺，二(三甲氧基丁基硅烷)酮，二(三甲氧基丙基硅烷)酮等。通式(4)的硅烷化合物作为较低活性的碱性催化剂，不要求酸钝化。对于每100份通式(1)的硅烷化合物，少量的，通常从约1到约10份，优选从约2到约8份的通式(4)化合物提供满意的结果。
硅烷缩合催化剂(b)可以是，例如，碱或碱性组分。作为例子可以提及的是无机碱，例如，氢氧化钙，氢氧化铝或氢氧化锌，或其混合物；或有机碱组分，例如，氨基硅烷。
碱催化剂的量一般是最高约2％，如从约0.1到2.0％，特别是从约0.2到1.6％，以组合物的重量计。
硅烷缩合催化剂(b)也可以是例如酸。作为酸催化剂组分(b)的例子，可以提及的是低级链烷酸，例如，甲酸，乙酸，丙酸，丁酸，和无机酸，例如，硼酸(H3BO3)或亚磷酸(H3PO3)，优选乙酸，硼酸或亚磷酸，由于经济和安全的原因，最优选乙酸。酸可以游离酸或以其无机盐如碱金属(如钠)碱土金属(如钙)或铵盐加入。
一般情况下，无机酸组分的总量为约0.3到约4wt％，优选约0.5到约3wt％，优选约0.5到约2.5wt％，基于硅烷、酸组分和水的总重量。对于乙酸，优选的范围是从约0.1到约1.0wt％，优选从约0.2到约0.7wt％，基于组合物的总重量。
当然，可以使用在本领域是公知的一种或多种其它硅烷醇缩合催化剂代替酸和/或碱催化剂或作为酸和/或碱催化剂的补充。
作为有机溶剂(c)的例子，可以提及的是如C2-C4链烷醇，优选异丙醇。
一般情况下，有机溶剂如低级链烷醇的总量为约10到约50wt％，优选从约15到约40wt％的范围，基于硅烷、酸组分和/或碱组分和水的总重量。然而在一些情况下，实质上更高的量可以是方便的，特别是例如当通过喷涂将涂料组合物涂敷到现有的HVAC系统例如蒸发器或其它结构物上时，其中由于紧密配合等原因可能限制到组成部分和/或到金属-金属传热连接处的可行通路。
在这种情况下提供特别稀的涂料组合物是有利的或必须的，例如，醇溶剂量从约40到约90wt％，或更特别地从约50或约60wt％或更高，基于总组合物，通常有利的是在混合硅烷和硅烷缩合催化剂之后提供一部分溶剂作为加入到组合物的剩余部分的单独的组分。在这样的情况下，系统可以两个或三个“罐”系统提供，如硅烷化合物在一个罐中，催化剂在第二个罐中，一部分醇溶剂如异丙醇，和第一和第二罐之一或两者，和醇和/或水溶剂的剩余部分在第三个罐中。
本发明的涂料组合物可以是非含水的或含水的。当水作为组分(j)存在时，水的总量一般会在从约10到约60wt％，优选从约10到约45wt％的范围，基于(a)硅烷、(b)催化剂组分、(c)有机溶剂、(j)水、(k)共溶剂的总重量。
当碱或酸组分以水溶液如5％的亚磷酸水溶液或硼酸的饱和水溶液(约6wt％的H3BO3)提供时，可以通过酸和/或碱组分提供一些或所有的水。
由于金属和其它杂质的存在可能对获得的涂料的性能产生不利的影响，优选水(当使用时)是蒸馏水或去离子水。
根据本发明特别优选的实施方案，涂料组合物可包括另外对获得的涂料提供色彩或着色的金属催化剂。醋酸铬氢氧化物在此方面是特别有用的，作为对获得涂料提供蓝色色彩的碱性催化剂。这个特征可能是特别有用的，例如对具有大表面积和/或难以到达区域的HVAC系统提供耐腐蚀涂层时，其中涂敷涂料的可见性可以保证要涂敷区域的完全覆盖同时避免由于在已经涂敷的表面上的过量涂敷而浪费涂料。
其它提供着色剂功能的碱性金属催化剂包括，例如，醋酸铁，醋酸铁氢氧化物，醋酸铬等。其它金属化合物如锑，铅，钡的化合物等也形成有色的产品，但倾向于是更有毒的，因此较少用于一般目的。
可以通过混合上述组分和使它们反应而形成本发明涂料组合物。如果没有胶体氢氧化铝和/或金属醇化物存在，则合适的反应时间通常是4到12小时。在胶体氢氧化铝和/或金属醇化物存在的情况下可以获得更短的反应时间。
为了操作的容易，可以两个或三个容器系统提供涂料组合物，如硅烷组分和如果存在的任何硅酸盐组分在第一个容器中提供，所有其它组分在第二个或第二和第三个容器中提供。水，当包括在组合物中时，可以独立于其它组分提供。如上所述，可以在使用之前不久混合两个或三个(或多个)容器的内容物和使它们反应合适的反应时间。
尽管以上对于成膜的，催化的和溶剂组分量的一般和优选范围进行了描述，本领域技术人员会理解可以根据必须的要求增加或减少这些量和可以由所需的操作性能和要涂敷的HVAC系统，包括系统的类型和位置确定对于任何特定最终用途的最优量。在这方面，例如，当降低催化剂量时，达到没有粘性的时间会增加。相似地，当增加催化剂量时，这样会导致裂化速率增加，粘合损失和获得的涂料操作性能损失。
此实施方案的组合物可进一步包括一种或多种用于功能和/或美学效果的另外添加剂，如(d)胶体氢氧化铝，(e)的金属醇化物，(f)二氧化硅和/或硅酸盐，(g)成色的链烷醇缩合催化剂，(h)环氧硅烷，(i)紫外吸收剂，(j)水，(k)共溶剂等。
在本发明的涂料组合物中上述非必要成分可以单独使用或以任何的结合物使用。
作为硅酸盐组分(f)的例子，可以提及的是乙基或甲基原硅酸盐或乙基聚硅酸盐。这些硅酸盐可以是已水解的，例如，约28％到约52％的二氧化硅。在此方面特别优选的是已经经过控制水解的四乙基硅酸盐(TEOS)(常简单称作乙基硅酸盐)，提供TEOS和约20％到约60％的聚二乙氧基硅烷齐聚物的混合物。例如，50％的水解产物在此可以称作“聚二乙氧基硅烷(50％)”。
一般情况下，当使用时硅酸盐组分为从0到约45wt％，优选从0到约25wt％，基于硅烷、酸组分和水的总重量。
作为共溶剂(k)的例子，可以提及的是例如，亚烷基(例如亚乙基)二醇的单-低级烷基醚，如乙二醇的单-C1-C6烷基醚，例如，乙二醇的单甲基醚，单乙基醚，单丙基醚，单丁基醚，单戊基醚或单己基醚，优选乙二醇的单甲基醚。也可以使用其它已知和通常的共溶剂，例如，丙酮，酮(如甲基乙基酮)，醚(如乙醚)，酯(乙酸乙酯)等。共溶剂也应当具有低粘度，如低于水的粘度，优选低于约8厘泊。
一般情况下，当使用时乙二醇的单-低级烷基醚或其它共溶剂的总量，为从0到约15wt％，优选从0到约6wt％，基于硅烷、酸组分和水的总重量。然而，在低粘度溶剂的一种，如甲基乙基酮用作主要溶剂的情况下，可以使用上述对于优选醇溶剂的相同量。
作为(i)紫外光吸收剂的例子，可以提及的是以精细粉末形式如具有约20nm平均粒径的二氧化钛。只要不影响本发明的目的，可以使用其它的无机或有机紫外光吸收剂。
一般情况下，当使用时紫外光吸收剂的总量，为从0到约10wt％，优选从0到约5wt％，基于硅烷、酸组分和水的总重量。
可以使用金属催化剂，例如(d)胶体氢氧化铝，和/或(e)金属醇化物，如由以下通式(2)表示的那些：
    M(OR3)m                 (2)
其中M是化合价为m的金属(即来自元素周期表的IIIA，IVA，IIB或IVB族)，如硼，钛，铝，铟，钇，铈，镧，硅，锡，铪等，R3是低级烷基，如C1-C6直链或支链烷基，优选C2-C4烷基，最优选异丙基，异丁基或正丁基；和m是3或4的整数。由于这些金属的醇化物更容易买到，和倾向于无毒性，因此硼，铝和钛特别优选作为金属M。
作为通式(2)金属醇化物的具体例子，可以提及的是C2-C4链烷醇的钛醇化物，如四异丙醇钛和四丁醇钛。
另外，也可以使用双金属醇化物，例如，AlTi，AlZr，AlY，MgAl，MgTi，MgZr等的醇化物。
由于倾向于形成不溶(水和碱)的硅酸铁，因此三价和四价金属离子的存在对于涂敷到钢上的涂料组合物是特别有用的，而二价金属的产物倾向于是可溶的。
一般情况下，当使用时胶体氢氧化铝和/或金属醇化物的总量，为从0到约2.5wt％，优选从0到约1wt％，基于(a)硅烷、(b)酸和/或碱组分和溶剂的总重量。
在上述一般比例内，和基于整个组合物的重量，单个类别成分的量(重量份)通常为如下范围：硅烷组分(a)从约15到约25份，优选作为从约15到约20份的甲基三甲氧基硅烷和从约1到约5份的苯基三甲氧基硅烷的混合物；碱组分缩合催化剂(b)(存在时)从约0.1到3份，优选从0.2到2.5份；酸组分缩合催化剂(b)(存在时)从约0.2到0.8份；溶剂，如异丙醇，为提供合适的粘度，一般从约5到约60份，优选从约10到约40份；水(j)(当存在时)从约2.5重量份到约40份；硅酸盐组分(f)(当使用时)从0到约15重量份；乙二醇的单-低级烷基醚和/或其它共溶剂(k)(使用时)从0到约3份；紫外光吸收剂(i)(当使用时)从0到约2重量份；胶体氢氧化铝和/或金属醇化物(当使用时)从0到约0.5重量份。
此外，上述各成分的一般和优选量相等地应用到涂料组合物的各个实施方案I-XII中，如上所述。
此外，在一些情况下已经观察到涂料组合物的活性是如此之高使得当涂敷得太厚时，大概是由于凝胶化，可能形成结块的无规分布。这样的结块，如果存在，可能成为腐蚀引发中心。因此，本领域技术人员会理解本发明的涂料组合物应当优选以能实质上完全地覆盖要保护的表面所需的最少量涂敷。小于1密耳，优选小于0.5密耳的涂层厚度通常是满意的。
换热装置常常使用从翅片到管子/管道的型锻的金属对金属的连接，它是通过液压或物理地膨胀管子/管道而制备，以强制形成紧密的金属对金属接触，用于从翅片到连接处传热。然而，不管是否由于膨胀技术/设备的缺陷使之恶化，或/和由于腐蚀的原因，微空隙的存在在这样的金属对金属的接触处是固有的。根据本发明，这些微空隙被在此描述的新化学活性涂料组合物填充，因此提供更有效的并行热路径以及腐蚀保护，迄今为止这是不可能的。因此，新的和使用过的换热设备两者的效率都显著提高同时延长了设备的有用的服务寿命。然而，注意到效率的相对增加对于较旧的和腐蚀的设备实质上更高，效率提高常常接近于20％到60％或甚至80％或更高，并且操作成本降低，相比之下，对于新(如OEM)的HVAC系统和/或组件有较平缓的但本质地改进，接近从约1到4％或更高。同时，然而，通过将本发明的涂料涂敷到新或旧的HVAC系统和/或组成部分上，可以达到维护要求和相关的成本的长周期降低。
有机涂料，如环氧类，一般具有约为金属对金属接触表面的导热系数的百分之一的热传导率。即使具有金属或其它传导性填料，其倾向于由于分子水平水渗透的腐蚀而具有短寿命，有机涂料的传导性比金属对金属接触仍然小两个等级。另一方面，根据本发明形成的硅氧烷或玻璃状涂料，其传导性一般比金属对金属接触小5到10倍。然而，这些涂料渗透由于金属的不规则微表面而产生的金属对金属纳米空隙的显著和独特能力使涂料在这样的金属对金属连接处(如翅片-管子/管道)填充显著量的空隙空间，尽管提供较低的传导率，仍然提供对于热传导显著的并行路径。
因此，甚至对于腐蚀的金属对金属的热连接，如翅片和管子结构，可以达到传热效率的显著改进。
通常，电解质会和金属反应或在这样的热连接处结晶和产生盐、其它结晶腐蚀结构或腐蚀副产物，当它们形成时会以高达2000磅每平方英寸的压力膨胀。这样引起在金属对金属传热连接处的接触量，如在此所述，比制造时具有更小的接触，或在某些情况下，由于保留在金属表面之间的空气或腐蚀副产物，事实上没有直接的接触。
由于本发明涂料组合物，除置换气体之外，形成对腐蚀产物的键，包括对氧化物的化学键，对电解质的中等到强的氢键，因此能溶解腐蚀产物和/或压缩/填充和在腐蚀产物附近提供并行热路径，因此上述问题通过本发明可以基本完全地避免。结果是，由于本发明的涂敷处理，因腐蚀、连接处膨胀等原因另外在低效率下操作的换热器会得到导热性的显著和本质的改进。
再次，尽管不希望受任何操作理论的约束，相信本类别的硅烷/硅氧烷涂料组合物的有效性是由于这样的涂料形成树枝状界面键合的能力，该键合影响在正常为约百万分之5到约百万分之150英寸的薄层中它们的性能。因此，尽管硅烷涂料自身的低导热性，由于沉积涂料的非常薄的本质，与对于换热器而言由于并行路径的传热增益相比，仅有不显著和可忽略的热损失发生。
此外，对于新/原始制造的和/或刷新的交换器，通过在金属对金属连接处涂敷本发明涂料(具有比金属对金属连接处小5到10倍的导热性)达到10到40％的表面传导区域的增加。这样因此会产生通常从约1到约10％的总的冷却/能量减少效率增加值。
根据本发明提供的总腐蚀保护，在金属对金属连接处，在该处是有效填充的并使电解质或其它腐蚀性气体或化学品不能渗透，或在其它与空气、水或传导性结构或介质/化学品或用于通过交换器的流体或气体的输送工具(如管子，管道，传导性金属水槽等)接触的传热表面上；都是以双重腐蚀保护进行保护的，这是正常有机涂料所不能提供的。本发明涂料组合物可有效地例如消除由于氧化锌在黄铜和其它含锌金属或合金上生长而引起的“生白锈”问题。在本发明中，锌和氧化锌会被有效地引入到聚合物基体涂料中，不仅消除氧化锌的进一步生长，还增强了涂料的强度。
使用本发明齐聚物硅烷基涂料组合物形成的涂料，涂敷到金属表面上并擦去直到仅有键合区域保留，为百万分之5到百万分之25英寸，形成的涂敷金属表面在ASTM B-117盐喷射测试中能通过700到1000小时。如果使涂料的树枝状玻璃结构生长到约百万分之150英寸，键合和玻璃状涂料生长的结合使涂敷的金属表面在相同的ASTM测试中能通过4000到6000小时。
这样，给予根据本发明处理的换热器双重保护。
本发明可以应用到任何类型的换热系统及其组成部分上。例如，可以提及的有在HVAC系统中的蒸发器和冷凝盘管，用于驱散或吸收热的散热器，具有不同或相似金属的交换器，致冷交换器等。特别优选的换热系统的类型是翅片和管式类型。由于排除了通常在金属接触区域会形成腐蚀产物的电解质，因此延迟了由于在不能以目前已知的涂料材料达到的表面和连接处的小包含物中形成的双表面化学键和涂层结构的腐蚀，根据本发明涂敷的换热器会保持高效率，等于或优于新的未涂敷的交换器。
可以应用本发明的防腐蚀硅烷基齐聚物涂料组合物以在与空气，水或传导性结构或介质/化学品包括用于通过交换器的流体或气体的输送工具(如管子，管道，传导性金属水槽等)接触的所有传热表面上提供保护。例如，本发明可用于涂敷新的或使用过的换热器和空调器和急冷器和其它致冷设备的所有其它组件，包括机柜，组件，压缩机，管子，管道，铁格子，风扇，电机，外部电导管，涂敷和未涂敷的线路，开关盒，和相关的螺母，螺栓和其它连接件。
本发明的涂料组合物可以应用到由相似或不同金属制造的新的或使用过的/腐蚀的换热器，其中传热流体或气体在管子、管道或其它形式的输送工具中流动，它们是被型锻或膨胀(如压力配合金属连接)到与其它的换热器表面的金属对金属接触处，和由例如，空气，水，传导性金属热槽等冷却，通过增加相似或不同金属之间的接触面积而改进金属对金属的连接传递而增加换热器的传热效率。由于效率改进，用于运行涂敷的单元如空调冷凝器、冷凝器/急冷器的能量成本会有实质的降低。
HVAC系统和/或组成部分的涂敷基材，不管是新的或使用过的/腐蚀的，由于化学键合以及二氧化硅或硅氧烷与另外的树枝状键之间的键合，在化学键合区域产生玻璃状结构形成物，降低在涂敷的金属或金属对金属的表面/界面上的有效化学活性，因此提供“双重”保护。在与空气，水或传导性结构或介质/化学品以及在用于通过交换器的流体或气体的输送工具(如管子，管道，传导性金属水槽等)接触的所有传热表面上提供此保护。
在此方面，通过填充金属对金属连接处的微空隙和大空隙，可以使电解质或腐蚀性气体或化学品不能再渗透金属。
此外，考虑到涂敷涂料的疏水本质，涂敷表面会保持清洁较长的时间，因此使维护成本得到显著和实质上的节省。
此外，根据本发明的特定特征，即使当腐蚀保护不是最为重要时，根据本发明涂敷的HVAC系统和组成部分特征在于能不附着各种类型的污染剂和微生物生长。因此，由于它们不促进微生物，如真菌，霉菌孢子，酵母菌，细菌等的生长，本发明的涂敷制品具有另外的要求较少的经常性维护(如清洁)的优势，有利于用于保护用于加热/制冷使用的结构物如办公室、工厂等的HVAC系统。即，由于微生物的生长受到抑制，当HVAC系统及其组成部分如蒸发器、流动管等根据本发明处理时，可以极大地抑制或防止微生物随后引入到由涂敷系统加热/冷却的结构物中。
以下将以非限制性实施例说明本发明。应当理解这些实施例只是为了说明本发明而不是限制本发明。参考实施例1A
将氢氧化钙(1毫摩尔)加入到包含0.3克冰乙酸的20份水中。初始pH值为约4.2。乙酸催化剂和氢氧化钙会反应形成乙酸钙。在另外的容器中混合20份甲基三甲氧基硅烷和20份异丙醇。在搅拌硅烷-醇混合物时，缓慢加入所述水溶液。使组合物反应约3小时。获得的混合物(齐聚物涂料组合物)具有约8秒的粘度(使用#2 Zahn杯)，可用于涂敷。组合物的固体含量是约16％，基于倍半氧化物含量。参考实施例1B
重复参考实施例1A的程序，区别在于将20份甲基三甲氧基硅烷加入到40份异丙醇中。参考实施例2
重复参考实施例1的程序，区别在于氢氧化钙的量从1毫摩尔变成0.7毫摩尔。参考实施例3
重复参考实施例1的程序，区别在于氢氧化钙的量从1毫摩尔变成约2.4毫摩尔。参考实施例4
重复参考实施例1的程序，区别在于使用等当量的氧化钙代替氢氧化钙。参考实施例5
重复参考实施例1的程序，区别在于使用等当量的氢氧化镁代替氢氧化钙。参考实施例6
重复参考实施例1的程序，区别在于使用等当量的氧化锌代替氢氧化钙。参考实施例7
重复参考实施例1的程序，区别在于使用氢氧化钙和氧化锌的混合物代替氢氧化钙。参考实施例8
重复参考实施例1的程序，区别在于将0.4份20纳米的TiO2，和0.15份羟基苯苄酮加入到涂料组合物中。参考实施例9
重复参考实施例1的程序，区别在于使用18份甲基三甲氧基硅烷，2.5份γ-缩水甘油氧基丙基硅烷，1.9份苯基三甲氧基硅烷和20份异丙醇的混合物代替20份甲基三甲氧基硅烷和20份异丙醇。参考实施例10
在包含20份异丙醇的第一个容器中，混合量分别是15份，1份和5份的甲基三甲氧基硅烷，苯基三甲氧基硅烷和丙基三甲氧基硅烷。在第二个容器中，混合量分别是0.2份，13份，0.4份和0.2份的氨乙基氨丙基-三甲氧基硅烷{N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷}，水，乙酸和二氧化钛(平均粒径，22nm)。在将两个容器的内容物结合之后，使获得的混合物均化至少4小时。通过使用机械震动器或搅拌器可以达到更快的均化。参考实施例11
在包含10份异丙醇的第一个容器中，混合量分别是5份，15份和0.3，0.4，0.5或0.6份的苯基三甲氧基硅烷，甲基三甲氧基硅烷和四丁氧基钛酸盐。在第二个容器中，混合量分别是13份，13份的异丙醇和3％的硼酸水溶液。在将两个容器的内容物结合之后，获得的混合物在约3小时后可用于涂敷。参考实施例12
将10份3％的硼酸溶液放入第一个容器中。在第二个容器中混合20份甲基三甲氧基硅烷，10份异丙醇和0.5份四丁氧基钛酸盐。将两个容器的内容物混合在一起和使反应形成涂料组合物。参考实施例13
混合20份甲基三甲氧基硅烷，10份异丙醇和0.2份乙醇镁直到溶液变成均匀的。向此溶液中加入碱催化剂(氢氧化钙，碳酸钙和碳酸镁，以2份水稀释的饱和溶液)。使获得的配制剂反应约1小时。参考实施例14
在充分混合20份甲基三甲氧基硅烷和10份异丙醇后，将0.2份氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷加入到获得的硅烷-醇混合物中，再次充分混合。然后将6份水加入到获得的混合物中，在静置90分钟后，组合物已经可以使用。参考实施例15
混合20份甲基三甲氧基硅烷和20份异丙醇后，将获得的混合物和0.25份异丙醇铝在搅拌条件下结合直到异丙醇铝部分溶解。向此混合物中加入6份水。在搅拌约一小时后，混合物可用于涂敷。参考实施例16
此实施例说明双金属醇化物催化剂用于硅烷涂料组合物的应用。通过混合15份甲基三甲氧基硅烷，5份苯基三甲氧基硅烷，20份异丙醇和2份聚二乙氧基硅氧烷(～50％固体)获得的均匀溶液以6份铝和钛的双醇化物的醇(异丙醇)溶液催化。使用六份水使获得的混合物反应约4小时。参考实施例17
向通过结合20份甲基三甲氧基硅烷，20份异丙醇和2份聚二乙氧基硅氧烷(～52％固体)而形成的混合物中加入包含0.6份乙醇硼和0.2份异丙醇铝的催化剂。在固体溶解之后，加入水(6份)使催化完全。使获得的混合物静置(反应)约1小时。参考实施例18
将20份甲基三甲氧基硅烷，和20份异丙醇与0.2份氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷(作为水解催化剂)混合。在与6份水充分混合后，使混合物反应(水解)45分钟。然后将混合物和预分散在10份异丙醇中的0.3份苯基三甲氧基硅烷结合。在约1小时后，组合物可以进行涂敷。参考实施例19
将二十(20)份甲基三甲氧基硅烷，5份苯基三甲氧基硅烷和20份异丙醇混合并充分混合。向此混合物中先加入0.2份硼酸随后加入4份聚二乙氧基硅氧烷(50％)。在硼酸溶解后，加入0.6份四丁氧基钛酸盐和随后加入6.5份水。通过缓慢加入水，可以防止四丁氧基钛酸盐的过早水解。在约一小时后，加入1.6份氢氧化钙在异丙醇中的0.5％溶液-悬浮液并使混合物反应至少一小时，然后可以进行涂敷。参考实施例20
向包含10份聚二乙氧基硅氧烷(～50％)的容器中加入20份异丙醇和0.2份异丙醇铝，随后加入5份苯基三甲氧基硅烷。搅拌混合物直到它变得透明。此时，在继续搅拌的情况下，加入2.3份水，随后加入5份苯基三甲氧基硅烷。在搅拌约3小时后，可以施用混合物。参考实施例21
向包含10份聚二乙氧基硅氧烷(约50％)的容器中，搅拌的同时，加入20份异丙醇和0.1份硼酸。继续搅拌直到溶液变成透明的。然后，加入0.2份钛四丁氧基氧化物。将混合物搅拌约3小时。然后，加入2.3份水，搅拌的同时，随后加入5份苯基三甲氧基硅烷。搅拌另外的约3小时后，可以施用混合物。参考实施例22
在第一个容器(容器A)中混合200份甲基三甲氧基硅烷和100份异丙醇。单独地，在容器B中，在稀释溶液加入到容器A中之前以20份水稀释40份氢氧化钙的饱和溶液。
在容器C中，将6.2份硼酸溶于96.8份异丙醇中和然后在冷却开始之后与容器A的内容物结合(容器B的内容物已经加入其中)。
约三天后，获得的混合物形成可喷涂或可擦涂的涂料组合物。参考实施例23
在第一个容器，容器A，中混合各自都是20份的甲基三甲氧基硅烷和异丙醇。然后，加入0.3份硼酸，随后加入0.2到0.3份四丁基钛酸酯以有助于硼酸催化剂的溶解。最后，由于反应是放热的，缓慢加入10到20份水。在几分钟后，混合物温度逐渐升高并可以进行涂敷。参考实施例24
在第一个容器中混合量分别是10份，15重量份，1重量份和5重量份的异丙醇，甲基三甲氧基硅烷，苯基三甲氧基硅烷和异丁基三甲氧基硅烷。在第二个容器中混合量分别是0.2重量份，13重量份，0.4重量份，3重量份和0.2重量份的N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷，水，乙酸，乙二醇单乙基醚和二氧化钛。在将两个容器的内容物结合之后，使获得的混合物均匀化至少4小时。所形成的液体混合物可以进行涂敷。参考实施例25
将5重量份的苯基三甲氧基硅烷加入到包含15重量份甲基三甲氧基硅烷的容器中。搅拌的同时，加入0.3重量份四丁氧基钛酸盐，及15重量份已经水解到40％的二氧化硅的乙基聚硅酸盐，和15重量份异丙醇。在混合后，加入13重量份6％的硼酸水溶液，八小时后，获得的混合物可以进行涂敷。参考实施例26
将5重量份的苯基三甲氧基硅烷和2重量份γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷加入到包含15重量份甲基三甲氧基硅烷的容器中，并混合。搅拌的同时，加入在20份异丙醇中的0.4重量份四异丙氧基钛酸盐。获得的非含水组合物可以进行涂敷。参考实施例27
向包含15重量份甲基三甲氧基硅烷和15份异丙醇的容器中，搅拌的同时，加入5重量份的苯基三甲氧基硅烷。继续搅拌的同时，向获得的混合物中加入0.2重量份四丁氧基钛酸盐，随后加入4重量份乙基聚硅酸盐(水解到40％的二氧化硅)，和0.2重量份的乙烯基三乙酰氧基硅烷。获得的组合物可以进行涂敷。参考实施例28
此配制剂说明以三个容器体系(即，水；硅烷/醇；催化剂)配制的涂料组合物。
在第一个容器中提供20份甲基三甲氧基硅烷和20份异丙醇的混合物。搅拌硅烷-醇混合物的同时，加入20份水。在充分混合后，进一步加入1份胺稳定的钛催化剂(如，TyzorTM 131，来自E.I.duPont deNemours)。使组合物反应约4小时并可用于涂敷。在此体系中，醇防止两相混合物的形成。
在任何上述配制剂中，可以任意增加醇或其它稀释剂的量，如降低固体装入量，改进可喷涂性或可流动性，或者，如果必须的话，进一步增加相稳定性。实施例1
将位于Jacksonville Electric Authority污水处理厂的新的和现有(腐蚀的)空调单元(The Trane Company，Jacksonville，Florida)两者以根据上述参考实施例1的涂料组合物处理，或未进行处理.在以肥皂水对单元完全洗涤一到三次，清洗和干燥后，使用手持泵喷雾器涂敷涂料组合物。在开始凝胶化之前，可以布料或海绵擦拭涂敷的涂料以除去过量或淤积的涂料组合物。
在此地方，在短到两个月，和一般平均仅为4到6个月操作后，由于气体(如烟道气)和腐蚀性化学品的原因，单元的所有金属表面和部件通常变成不可进行操作的状态。由Florida Power和Light或Jacksonville Electric Authority监测能量的使用量。由Trane公司监测热量冷却变化。对于高度腐蚀的单元改进可以高达84％，对于新单元改进可以从1到10％。此外，根据本发明处理的单元由独立的实验室进行检查并发现在超过22个月后仅具有表面腐蚀。还观察到涂敷的单元比未涂敷的单元保持清洁的时间更长和更容易清洁。
使用以上给出的其它参考实施例的涂料组合物可以获得相似的结果。实施例2
以在上述参考实施例8中制备的涂料组合物测试位于NS Mayport，Jacksonville，Florida的U.S.Naval Facility的空调单元。在此情况下，以本发明涂料组合物涂敷整个单元，包括外部电盒，机柜，螺钉，阀门，冷却风扇，导线等。在涂敷涂料之前，首先以肥皂水对单元充分洗涤，清洗和干燥。可以使用任何类型的手动或机械喷雾器进行涂敷。为进行对比，以通常的有机涂料涂敷单元，以在已经以有机涂料涂敷过的单元上以根据本发明的涂料组合物进行过涂敷，或直接涂敷到未处理的单元上或未涂敷。在超过一年的工作以后以本发明涂料组合物涂敷的单元基本没有腐蚀。与此相反，有机处理的单元和未处理的单元在短到两个月内出现相当的腐蚀。
使用上述代表性例子的其它代表性组合物的涂料组合物可以获得相似的结果。实施例3
通过将参考实施例1B的涂料组合物涂敷到位于公寓建筑物或办公室建筑物外部的HVAC单元的蒸发器上，涂敷的蒸发器能够防止真菌孢子和细菌的生长或聚集，由此防止不希望的微生物将来通过HVAC系统进入到建筑物中。以上述参考实施例描述的或在以上公开范围内的其它代表性涂料组合物可以达到相似的结果。

Claims (22)

1.一种用于改进从与传热系统热传导组件的传热表面传热接触流动的传热介质到该传热表面的传热效率的方法，该方法包括以低粘度的、渗透性的、可固化的、反应性的、成膜的涂料组合物涂敷至少一部分该传热表面和固化该组合物，由此在该传热表面上形成至少基本连续的玻璃状涂层，该涂层延伸到在该传热表面上可能存在的空隙和缺陷处中，而在该传热表面上提供热传导的腐蚀保护层。
2.权利要求1的方法，其中所述涂料组合物包括通过混合以下物质形成的含水或非含水的齐聚物硅烷涂料组合物：
(a)至少一种通式(1)的硅烷
    R1 nSi(OR2)4-n                 (1)
其中R1表示低级烷基，C6-C8的芳基或包括至少一个乙烯基，丙烯酸基，氨基，巯基，或氯乙烯官能团的官能团；
(b)硅烷缩合催化剂，和
(c)低级链烷醇溶剂，和非必要地，一种或多种
(d)胶体氢氧化铝；
(e)通式(2)的金属醇化物：
    M(OR3)m                 (2)
其中M是化合价为2，3或4的金属，或两种或多种这样金属的混合物；
R表示低级烷基；和
m表示2，3或4的数字；
(f)选自碱金属硅酸盐、乙基原硅酸盐、乙基聚硅酸盐和胶体二氧化硅的二氧化硅组分，其分散在低级链烷醇中；
(g)成色的链烷醇缩合催化剂；
(h)环氧硅烷；
(i)超细二氧化钛紫外光吸收剂；
(j)水；和
(k)共溶剂；
和固化涂敷的涂料组合物。
3.权利要求2的方法，其中所述齐聚物硅烷涂料组合物包括(I)含水涂料组合物，其包含在至少一种通式为RSi(OH)3的硅烷醇的部分缩合物的低级脂族醇-水溶液中的二价金属阳离子的分散体，其中R选自低级烷基、乙烯基、苯基、3，3，3-三氟丙基、γ-缩水甘油氧基丙基和γ-甲基丙烯酰氧基丙基，至少约70wt％的硅烷醇是CH3Si(OH)3，用量为使pH值在从约2.5到约6.2范围内的酸，以甲基硅烷倍半氧化物计算，该二价金属阳离子的量为从约1.2到约2.4毫摩尔/摩尔当量的部分缩合物。
4.权利要求2的方法，其中齐聚物硅烷涂料组合物包括(II)
(A)至少一种通式(1)的硅烷
    R1Si(OR2)3                    (1)
其中
R1是低级烷基，苯基或N-(2-氨乙基)-3-氨丙基，和
R2是低级烷基；
(B)选自水溶性有机酸，H3BO3和H3PO3的酸组分；和
(D)水。
5.权利要求2的方法，其中齐聚物硅烷涂料组合物包括，(III)通过混合以下物质形成的非含水涂料组合物：
(A)至少一种通式(1)的硅烷
    R1 nSi(OR2)4-n                    (1)
其中R1表示低级烷基、苯基、3，3，3-三氟丙基、γ-缩水甘油氧基丙基、γ-(甲基)丙烯酰氧基丙基，N-(2-氨乙基)-3-氨丙基或氨丙基；
R3表示低级烷基；和
n是1到2的数字；和
(E)(i)乙烯基三乙酰氧基硅烷，(ii)胶体氢氧化铝；和/或(iii)至少一种通式(2)的金属醇化物：
    M(OR3)m                          (2)
其中M表示化合价为m的金属，
R3表示低级烷基；和
m是2，3或4的数字。
6.权利要求2的方法，其中齐聚物硅烷涂料组合物包括，(IV)通过混合以下物质形成的非含水涂料组合物：
(A)至少一种通式(1)的硅烷
    R1 nSi(OR2)4-n                     (1)
其中R1表示低级烷基、苯基、3，3，3-三氟丙基、γ-缩水甘油氧基丙基、γ-(甲基)丙烯酰氧基丙基、N-(2-氨乙基)-3-氨丙基或氨丙基；
R3表示低级烷基或乙酰基；和
n是1到2的数字；
(B)硼酸，非必要地溶于低级链烷醇中；
(E)(i)乙烯基三乙酰氧基硅烷，(ii)胶体氢氧化铝；和/或(iii)至少一种通式(2)的金属醇化物：
    M(OR3)m                    (2)
其中M表示化合价为m的金属，
R3表示低级烷基；和
m是2，3或4的数字；和
(F)选自乙基原硅酸盐、乙基聚硅酸盐和胶体二氧化硅的二氧化硅组分，其分散在低级链烷醇中。
7.权利要求2的方法，其中齐聚物硅烷涂料组合物包括，(V)通过混合以下物质形成的非含水涂料组合物：
(A)至少一种通式(1)的硅烷
    R1 nSi(OR2)4-n                        (1)
其中R1表示低级烷基、苯基、3，3，3-三氟丙基、γ-(甲基)丙烯酰氧基丙基、N-(2-氨乙基)-3-氨丙基或氨丙基；
R3表示低级烷基或乙酰基；和
n是1到2的数字；
(A’)γ-缩水甘油氧基丙氧基三甲氧基硅烷；
(B)硼酸，非必要地溶于低级链烷醇中；
(E)(i)乙烯基三乙酰氧基硅烷，(ii)胶体氢氧化铝；和/或(iii)至少一种通式(2)的金属醇化物：
    M(OR3)m                    (2)
其中M表示化合价为m的金属，
R3表示低级烷基，
m是2，3或4的数字。
8.权利要求2的方法，其中齐聚物硅烷涂料组合物包括，(VI)通过混合以下物质形成的齐聚物硅烷涂料组合物：
(A)至少一种通式(1)的硅烷
    R1 nSi(OR2)4-n                (1)
其中R1表示低级烷基，苯基或包含至少一个乙烯基，丙烯酸基，氨基，巯基，或氯乙烯官能团的官能团；和
R2是低级烷基；
(B)包括选自水溶性有机酸，H3BO3和H3PO3的一种的酸组分；和
(D)水。
9.权利要求2的方法，其中齐聚物硅烷涂料组合物包括，(VII)通过混合以下物质形成的含水齐聚物硅烷涂料组合物：
(A)至少一种通式(1)的硅烷
    R1 nSi(OR2)4-n                (1)
其中R1表示低级烷基，苯基或包含至少一个乙烯基，丙烯酸基，氨基，巯基，或氯乙烯官能团的官能团；和
R2是低级烷基；
(C)碱组分；和
(D)水。
10.权利要求2的方法，其中齐聚物硅烷涂料组合物包括，(VIII)通过混合以下物质形成的含水涂料组合物：
A)至少一种通式(1)的硅烷
    R1Si(OR2)3                (1)
其中R1是低级烷基，苯基或包含乙烯基，丙烯酸基，氨基，或氯乙烯官能团的双官能硅烷；和
R2是低级烷基；
E)(ii)胶体氢氧化铝；(iii)通式(2)的金属醇化物：
    M(OR3)m                   (2)
其中
M是化合价为m的金属，
R3是低级烷基；
m是3或4的整数，
或(ii)和(iii)的混合物；和
(D)水。
11.权利要求2的方法，其中齐聚物硅烷涂料组合物包括，(IX)通过混合以下物质形成的含水涂料组合物：
A)至少一种通式(1)的硅烷
    R1Si(OR2)3                  (1)
其中R1是低级烷基，苯基或包含乙烯基，丙烯酸基，氨基，或氯乙烯官能团的双官能硅烷；和
R2是低级烷基；
(D)水；
(H)低级链烷醇；和
(G)醋酸铬氢氧化物。
12.权利要求2的方法，其中齐聚物硅烷涂料组合物包括，(X)通过混合以下物质形成的含水涂料组合物：
A)至少一种通式(1)的硅烷
    R1Si(OR2)3                 (1)
其中R1是低级烷基，苯基或包括至少一个乙烯基，丙烯酸基，氨基，巯基，或氯乙烯官能团的官能团；和
R2是低级烷基；
(D)水；
(F)碱金属硅酸盐，它可以是水解的；
(H)低级链烷醇；和
E)(ii)胶体氢氧化铝；(iii)通式(2)的金属醇化物：
    M(OR3)m                    (2)
其中
M是化合价为m的金属，
R3是低级烷基；
m是3或4的整数，
或(ii)和(iii)的混合物。
13.权利要求2的方法，其中齐聚物硅烷涂料组合物包括，(XI)通过混合以下物质形成的非金属含水涂料组合物：
A)至少一种通式(1)的硅烷
    R1Si(OR2)3                  (1)
其中
R1是低级烷基，苯基或包括至少一个乙烯基，丙烯酸基，氨基，巯基，或氯乙烯官能团的官能团；和
R2是低级烷基；
(A”)3-(2-氨乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷或3-氨丙基三甲氧基硅烷；
(D)水；
(I)环氧化物硅烷；和
(H)低级链烷醇。
14.权利要求2的方法，其中齐聚物硅烷涂料组合物包括，(XII)通过混合以下物质形成的含水涂料组合物：
A)至少一种通式(1)的硅烷
    R1Si(OR2)3               (1)
其中R1是低级烷基，苯基或包括至少一个乙烯基，丙烯酸基，氨基，巯基，或氯乙烯官能团的官能团；和
R2是低级烷基；
(B)硼酸；
(C)至少一种包括二价金属的氢氧化物或碳酸盐的碱性组分；
(D)水；
(J)乙基聚硅氧烷；和
(H)低级链烷醇。
15.根据权利要求1的方法，其用于增加在彼此热接触的第一和第二传热表面之间的接触面积，由此改进经过热接触传热表面的传热效率，该方法包括将所述低粘度、渗透性的涂料组合物涂敷到该第一和第二传热表面的至少一个热接触传热表面上。
16.根据权利要求15的方法，其中涂料组合物包括通过混合以下物质形成的含水或非含水的齐聚物硅烷涂料组合物：
(a)至少一种通式(1)的硅烷
    R1 nSi(OR2)4-n                  (1)
其中R1表示低级烷基，C6-C8的芳基或包括至少一个乙烯基，丙烯酸基，氨基，巯基，或氯乙烯官能团的官能团；
(b)硅烷缩合催化剂，和
(c)低级链烷醇溶剂，和非必要地，一种或多种
(d)胶体氢氧化铝；
(e)通式(2)的金属醇化物：
    M(OR3)m                (2)
其中M是化合价为2，3或4的金属，或两种或多种这样金属的混合物；
R表示低级烷基；和
m表示2，3或4的数字；
(f)选自碱金属硅酸盐，乙基原硅酸盐，乙基聚硅酸盐，和胶体二氧化硅的二氧化硅组分，其分散在低级链烷醇中；
(g)成色的链烷醇缩合催化剂；
(h)环氧硅烷；
(i)超细二氧化钛紫外光吸收剂；
(j)水；
(k)共溶剂；
其中，齐聚物涂料组合物被固化到具有从约5到约150百万英寸的膜厚度，由此填充在该传热表面上的任何微孔。
17.权利要求1的方法，其用于改进其中金属传热表面是被型锻或压力配合到金属传热流体输送工具的类型的换热设备的效率，该方法包括在传热面和输送工具之间的界面上涂敷该低粘度、渗透性的涂料组合物，使涂料组合物置换在该表面上的气体和液体；和使涂料组合物固化到从约百万分之5到约百万分之150英寸的膜厚度，并填充在该界面的金属表面上的任何微孔。
18.根据权利要求17的方法，其中涂料组合物包括通过混合以下物质形成的含水或非含水的齐聚物硅烷涂料组合物：
(a)至少一种通式(1)的硅烷
    R1 nSi(OR2)4-n               (1)
其中R1表示低级烷基，苯基或包括至少一个乙烯基，丙烯酸基，氨基，巯基，或氯乙烯官能团的官能团；
(b)硅烷缩合催化剂，和
(c)低级链烷醇溶剂，和非必要地，一种或多种
(d)胶体氢氧化铝；
(e)通式(2)的金属醇化物：
    M(OR3)m                     (2)
其中M是化合价为2，3或4的金属，或两种或多种这样金属的混合物；
R表示低级烷基；和
m表示2，3或4的数字；
(f)选自碱金属硅酸盐，乙基原硅酸盐，乙基聚硅酸盐，和胶体二氧化硅的二氧化硅组分，其分散在低级链烷醇中；
(g)成色的链烷醇缩合催化剂；
(h)环氧硅烷；
(i)超细二氧化钛紫外光吸收剂；
(j)水；
(k)共溶剂；
19.根据权利要求1的方法，其中所述传热表面包括翅片和管式传热器件。
20.一种包括金属传热表面的传热系统，其中该金属传热表面涂敷有固化的低粘度、渗透性的、可固化的、反应性的、成膜的涂料组合物，其中固化的涂料组合物具有从约百万分之5到约百万分之150英寸的膜厚度，并填充在该金属表面上的任何微孔。
21.根据权利要求20的传热系统，其中该传热系统的传热表面包括翅片和管式换热器件。
22.根据权利要求20的传热系统，其中所述传热表面包括蒸发器，所述涂料抗微生物粘附。
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