DE19946131A1 - Fluorkohlenstoff-haltiges hydrophiles Polymer für einen Überzug für Wärmetauscher - Google Patents

Fluorkohlenstoff-haltiges hydrophiles Polymer für einen Überzug für Wärmetauscher

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung für hydrophile Überzüge auf einer Metalloberfläche. Die Zusammensetzung umfaßt ein fluorkohlenstoffhaltiges hydrophiles Polymer, das Einheiten eines hydrophilen Monomeren und eines fluorkohlenstoffhaltigen hydrophoben Comonomeren aufweist. Die Zusammensetzung stellt hydrophile Überzüge auf Metalloberflächen mit einem Kontaktwinkel unter etwa 50 DEG C her.

Description

Die Erfindung betrifft hydrophile fluorkohlenstoff-haltige Zusammensetzungen für Überzüge, insbesondere zum Aufbringen auf Metalloberflächen, wie Wärmetau­ scher.
Typische Wärmetauscher umfassen mehrere parallele, mit Abstand voneinander angeordnete Rippen, die Luftflußpassagen begrenzen. Die Rippen sind wegen der hervorragenden Wärmeleitfähigkeit typischerweise aus Aluminium und Aluminiumlegierungen. Die Wärmetauscher-Rippen sind so ausgelegt, daß ihre Oberflächen so groß wie möglich und die Abstände zwischen den Rippen so gering wie möglich sind, ohne den Widerstand gegenüber Luftflüssen zwischen den Rip­ pen zu erhöhen, um die Wärmeabstrahlung oder die Kühlwirkung zu steigern.
Demzufolge wird insbesondere dann, wenn der Wärmetauscher zum Kühlen ver­ wendet wird, Feuchtigkeit aus warmer durch den Wärmetauscher strömender Luft an den kalten Rippenoberflächen kondensieren und, falls diese Oberflächen hydrophob sind, sammeln sich Wassertröpfchen, die die engen Passagen zwischen benachbarten Wärmetauscher-Rippen blockieren. Der erhöhte Widerstand gegen­ über Luftfluß reduziert die Wirksamkeit der Wärmetauscher.
Um die Akkumulation von Wasser zwischen den Wärmetauscher-Rippen zu ver­ meiden, sind die Oberflächen der Wärmetauscher-Rippen mit hydrophilen Überzü­ gen überzogen worden, so daß ein dünner, die Oberfläche bedeckender Wasserfilm leicht von den Oberflächen der Wärmetauscher-Rippen abgleiten kann, ein Phäno­ men, das als "Abblättern" bezeichnet wird, um Blockierung der engen Passagen zwischen benachbarten Wärmetauscher-Rippen zu vermeiden.
Die bisher verwendeten hydrophilen Überzüge wiesen Chromate und Silikate auf. Diese hydrophilen Überzüge haben einige unerwünschte Charakteristika, außer der Toxizität produzieren sie einen unerwünschten Geruch und haben relativ geringe Korrosionswiderstandsfähigkeit aufgrund relativer Adhäsion an Oberflächen und Korrosionswiderstandsfähigkeit aufgrund relativer Adhäsion an Oberflächen und eine hohe Oberflächenüberzugsporosität, wodurch korrosive Materialien eindringen und mit den Metalloberflächen reagieren können.
Demzufolge ist es erwünscht, eine hydrophile Zusammensetzung für Überzüge zu schaffen, die untoxische Überzüge liefert, die keine unerwünschten Gerüche produ­ zieren und eine verbesserte Korrosionswiderstandsfähigkeit besitzen. Die Überzüge sollten dünner als oder etwa 5 Mikron sein, gleichmäßig und im wesentlichen frei von Rissen und Poren. Demzufolge ist es erwünscht, dünne Überzüge zu schaffen, die gleichmäßig und im wesentlichen riß- und/oder porenfrei sind.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Zusammensetzung für Überzüge zu schaffen, die untoxische Überzüge, die keine unerwünschten Gerüche produzieren und verbesserte Korrosionswiderstandsfähigkeit besitzen, herstellt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Zusammensetzung mit den Merk­ malen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird also eine hydrophile Zusammensetzung für hydrophiles Überziehen einer Metalloberfläche geschaffen. Die hydrophile Zusammensetzung für Überzüge umfaßt fluorkohlenstoff-haltige hydrophile Polymere, mit Einheiten eines hydrophilen Monomeren und Einheiten von fluorkohlenstoff-haltigen Como­ nomeren. Die Zusammensetzung für Überzüge liefert hydrophile Überzüge auf Me­ talloberflächen mit einem Berührungswinkel unter etwa 50°C. Bevorzugt umfaßt das fluorkohlenstoff-haltige hydrophile Polymer hauptsächlich Einheiten hydrophiler Monomere und sehr wenige Einheiten hydrophober Comonomere, wobei die Comonomere hydrophobe Einheiten besitzen, um assoziierende Domänen zwischen Makromolekülen herzustellen.
Die vorliegende Erfindung umfaßt eine hydrophile Zusammensetzung für Überzüge auf Metalloberflächen wie Aluminium, Stahl, Titan, Kupfer, Nickel und ihre Legierungen. Die Metalloberflächen für die die hydrophilen Überzugsbedingungen der vorliegenden Erfindung einsetzbar sind, können alle diejenigen sein, die aus einem hydrophilen Überzug Nutzen können. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung für Überzüge eignet sich insbesondere zum Einsatz für Wärmetauscher in Automobilkühlsysteme und wird nachfolgend nun für die Anwendung auf Wärmetauscher beschrieben, wobei dies aber nicht ihren Einsatz begrenzen soll.
Die erfindungsgemäße hydrophile Zusammensetzung für Überzüge umfaßt, auf Basis des Gewichts der Zusammensetzung für Überzüge mindestens von etwa 0,05 bis 0,10 Gew.-% fluorkohlenstoff-haltige hydrophile Polymere (FHP), von etwa 1 bis 20 Gew.-% wasserlösliches Polymer; von etwa 1 bis 5 Gew.-% Härter und von etwa 5 bis 98 Gew.-% Wasser. Besonderes bevorzugt umfaßt die hydrophile Zusammensetzung auf Basis des Gewichts der Zusammensetzung für Überzüge von etwa 0,1 bis 3 Gew.-% fluorkohlenstoff-haltige hydrophile Polymere, etwa 1 bis 5 Gew.-% wasserlösliches Polymer, etwa 1 bis 3 Gew.-% Härter und etwa 89 bis 98 Gew.-% Wasser. Ganz besonders bevorzugt umfaßt die hydrophile Überzugs Zusammensetzung auf Basis des Gewichts der hydrophilen Zusammensetzung für Überzüge etwa 0,5 Gew.-% fluorkohlenstoff-haltiges hydrophiles Polymer, etwa 2,5 Gew.-% wasserlösliches Polymer, etwa 1 Gew.-% Härter und etwa 96 Gew.-% Wasser. Gegebenenfalls kann die hydrophile Zusammensetzung für Überzüge auch bis zu etwa 2 Gew.-% eines antimikrobiellen Mittels, auf Basis des Gewichts der Zusammensetzung für Überzüge beinhalten.
Das fluorkohlenstoff-haltige hydrophile Polymer besitzt bevorzugt ein Molekularge­ wicht von etwa 50.000 bis etwa 6.000.000, besonders bevorzugt von etwa 300.000 bis etwa 2.000.000 und ganz besonders bevorzugt von etwa 500.000 bis etwa 1.000.000. Das fluorkohfenstoff-haltige hydrophile Polymer kann entweder ein Co­ polymer oder ein Terpolymer sein.
Das fluorkohlenstoff-haltige hydrophile Polymer umfaßt Einheiten eines hydrophilen Monomeren und Einheiten eines hydrophoben Monomeren. Die Einheiten des hydrophoben Monomeren liegen bevorzugt in fluorkohlenstoff-haltigen hydrophilen Polymeren in einer Menge vor, die ausreicht, um der Metalloberfläche eine hydrophile Oberfläche zu verleihen, auf der hydrophile Überzüge ausgebildet werden.
Eine hydrophile Oberfläche ist für den erfindungsgemäßen Zweck als eine solche definiert, die einen Berührungswinkel von weniger als etwa 50° bildet, wenn sie ent­ sprechend der ASTM Nr. D-724 gemessen wird. Diese hydrophile Zusammensetzung für Überzüge gemäß der Erfindung verleiht - wenn sie auf die Metalloberfläche aufgebracht ist, einen Kontaktwinkel, wie durch die ASTM Nr. D -724 bestimmt, von weniger als etwa 40°, besonders bevorzugt von weniger als etwa 20° und ganz besonders bevorzugt von weniger als etwa 10°.
Um eine hydrophile Oberfläche zu schaffen, sind die Einheiten des hydrophoben Comonomers bevorzugt im hydrophilen Polymer in einer Menge von weniger als etwa 10 Mol-%, besonders bevorzugt in einer Menge von etwa 0,01 bis 5 Mol-% und ganz besonders bevorzugt in einer Menge von etwa 0,01 bis 1,0 Mol-% anwesend. Bevorzugt umfaßt das Grundgerüst des fluorkohlenstoff-haltigen hydrophilen Polymeren im wesentlichen die hydrophilen Monomereinheiten, wobei die hydrophoben Comonomereinheiten im wesentlichen Seite- und/oder Endketten des Polymeren umfassen. Es wird angenommen, daß die hydrophoben Seiten und/oder Endketten intermolekulare Wechselwirkungen mit den Fluorkohlenstoffgruppen in der Polymerlösung haben. Es wird auch angenommen - wobei diese Theorie nicht als bindend betrachtet werden soll, daß jeder Gehalt oberhalb von 10 Mol-% hydrophobes Comonomer zu ungelöstem fluorkohlenstoff-haltigem hydrophilem Polymer führt und daher das fluorkohlenstoff-haltige Polymer hydrophobe Eigenschaften besitzt.
Die für die Herstellung des erfindungsgemäßen fluorkohlenstoff-haltigen hydrophilen Polymeren verwendeten hydrophilen Monomere können alle geeigneten hy­ drophilen Monomere, wie Vinyl-Monomere sein. Beispiele geeigneter Vinyl-Mono­ mere umfassen Vinylalkohol, Polyvinylacetat, Vinylpyrrolidon und Acrylamid.
Das hydrophile Monomer wird bevorzugt durch die allgemeine Formel (I) repräsen­ tiert:
wobei R1 = H oder CH3 und
Bei einer alternativen Ausführungsform kann das hydrophile Monomer ein Como­ nomer eines Vinylmonomeren und eines ionischen Monomeren sein. Bevorzugte ionische Monomere umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Natrium 2-Acylamilido 2-Metyl Propansulfonat, ein ionisches Monomer, erhältlich von Aldrich Chemical Company unter dem Namen NaAmps, und Acrytoxyethyl-Trimetylammoniumchlorid, ein kationisches Monomer erhältlich von der Aldrich Chemical Company unter dem Namen DMAEA-Q.
Wenn das hydrophile Monomer ein Comonomer eines Vinylmonomeren und eines ionischen Monomeren ist, beträgt das Mol-Verhältnis von Vinyl-Monomer zu ionischem Monomeren zwischen 90 : 10 und 10 : 90 und ist bevorzugt 70 : 30. Der Molprozentsatz des hydrophoben Comonomeren liegt bevorzugt zwischen etwa 0,05 bis etwa 5 Mol-% des hydrophilen Polymeren, während das ionische Monomer im hydrophilen Monomer vorliegt.
Das hydrophile Monomer, das ionisches Monomer enthält, kann durch jedes geeignete Polymerisationsverfahren hergestellt werden, wie homogene Polymerisation, Mizellen-Polymerisation, Bulk-Polymerisation, Lösungspolymerisa­ tion, Suspensionspolymerisation, Emulsionspolymerisation, Strahlungspolymerisa­ tion oder Fotopolymerisation.
Das hydrophobe Comonomer enthält hydrophile Einheiten und fluorkohlenstoff-hal­ tige assoziierende hydrophobe Einheiten. Bevorzugt umfassen die hydrophilen Einheiten des hydrophoben Comonomeren Vinylmonomere und die hydrophoben Einheiten fluorkohlenstoff-haltige Ester, die so assoziiert werden können, daß sie als assoziierende Domäne in der Polymerlösung durch intermolekulare Wechselwir­ kung dienen.
Hydrophobe Comonomere, die bei der Herstellung des Polymeren eingesetzt wer­ den, werden bevorzugt durch die allgemeine Formel (II):
repräsentiert, wobei
R1, H oder CH3 repräsentiert
X eine organische Verbindungsgruppe;
R1 ist eine perfluorierte Alkyl- oder perfluorierte Poly-(Alkylenoxy)-Gruppe; und p 0 oder 1 ist.
Bevorzugt ist R1 in der Formel (II) CH3.
Die Comonomere der Formel (II) sind fluorhaltige Esterderivate einer Acrylsäure, nämlich der Acrylsäure oder Methacrylsäure. Diese Acrylestercomonomere können eine organische Verknüpfungsgruppe X aufweisen, die die fluorhaltige Gruppe Rf mit den Polymergrundgerüst über die Esterfunktion verbindet. Die bevorzugte X- Gruppe ist
wobei R3 eine C1-C4 Alkylgruppe wie Methyl, Ethyl, Isopropyl, Isobutyl oder derglei­ chen ist, X kann aber auch eine niedrige C1-C4 Alkylen-Gruppe wie Methylen, Ethy­ len, Propylen oder dergleichen sein, X kann auch eine niedere Alkyl oder Alkyl­ thioether-gruppe sein.
Als funktionelle oder operative Äquivalente der F-(Meth)Acrylat-Ester-Monomere für die erfindungsgemäße Verwendung können F-(Meth)Acrylamid-Monomere, in denen das Stickstoffatom der Amid-Gruppe an -(X)m-Rf gebunden ist, vorgesehen sein.
Die Rf-Einheit kann eine Perfluoralkyl-Gruppe mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen, bei­ spielsweise R2-(CF2)n- und (CF3)2CF2-(CF2)p sein, wobei R2 = F und n = 2 bis 20, bevorzugt 4 bis 8 und p = 0 bis 17 sein kann. Während Rf eine Perfluor-Poly (Ethylenoxy) oder Poly-(Propylenoxy) Gruppe ist, sind geeignete Gruppe beispiels­ weise repräsentiert durch:
wobei n 1 bis 10, bevorzugt 1 bis 5 ist, R4 Wasserstoff, eine C1-C20 Alkyl-, oder eine Perfluoralkylgruppe, C6-C20 Aryl- oder Perfluorarylgruppe, oder C7-C30 Alkylaryl- oder Perfluoralkylaryl-Gruppe sein kann und R5 F oder -CF3 ist. So können die perfluorierten Poly (Alkylenoxy) Acrylat-Monomere in freien Hydroxylgruppen enden oder mit einer C1-C20 Alkylgruppe abgesättigt sein, wie Methyl, Ethyl, Butyl, Octyl, Dedecyl oder dergleichen; und C6-C20 Aryl-Gruppe wie Vinyl, Naphyl und der­ gleichen, oder eine C7-C30 Alkylarylgruppe wie Toluyl, Methylnaphthyl und derglei­ chen, wobei diese endständigen Gruppen perfluoriert sein können. Bevorzugt ist R4 Wasserstoff.
Wenn R5 Trifluormethyl ist, d. h. daß das Acrylatmonomere perfluorierte Propylen­ oxy- Einheiten enthält, kann die Trifluormethyl-Gruppe am benachbarten Kohlen­ stoffatom gebunden sein, abhängig vom Syntheseweg, der für das F-Acrylatcomo­ nomere beschritten wird.
Es ist bevorzugt, aufgrund ihrer überlegenen Stabilität unter Alkoholyse-Bedingun­ gen Methacrylat-Ester einzusetzen, dies bedeutet, daß R = CH3. Viele F-(Meth-) Acrylat-Comonomere sind kommerziell von der E.I. DuPont de Nemours Co. erhältlich oder der 3M Company, wie FX-13 [2-(N-Ethyl-Perfluor-Octan-Sulfona­ mid) Ethylacrylat], falls R = H und RX-14 [2-(N-Ethyl-Perfluoroctan-Sulfonamid) Ethyl-Methacrylat] falls R = CH3, oder kann gemäß der Lehre im US-Patent Nr. 3,282,905; EP-A-190,993 und EP-A 158,854 hergestellt sein. Die Comonomere können auch mit Blöcken von Ethylenoxy-Einheiten und Propylenoxy-Einheiten hergestellt werden, von denen einige perfluoriert sind und einige nicht, oder Mi­ schungen derselben.
Demzufolge umfaßt ein bevorzugtes hydrophiles Polymer Einheiten der allgemeinen Formel (III)
wobei R1 = H oder CH3
x = organische Verbindungsgruppe;
p = 0 oder 1;
Rf = perfluorierte Alkyl- oder perfluorierte Poly-(Alkylenoxy)- Gruppe;
m = 0,01-10 Mol-%; und
n = 90-99,99 Mol-%.
Bevorzugt ist m = etwa 0,01-5 Mol-% und n = etwa 95-99,99 Mol-%. Ganz besonders bevorzugt ist m = etwa 0,01-1,0 Mol-% und n = etwa 99-99,99 Mol-%.
Wenn das hydrophile Comonomer ein Comonomer eines Vinyl-Comonomeren und einem ionischen Monomeren ist, ist das hydrophile Polymer ein Terpolymer, das be­ vorzugt Einheiten der allgemeinen Formel (IV) aufweist.
Wobei R1 = H oder CH3
x = eine organische Verbindungsgruppe;
p = 0 oder 1;
Rf = eine perfluorierte Alkyl- oder perfluorierte Poly­ (Alkylenoxid) Gruppe;
m = 0,01-10 Mol-%
n+i = 90-99,99 Mol-%;
n/i Molverhältnis = 10 : 90 bis 90 : 10; und
Das hydrophile Polymer kann auch andere Komponenten, wie nicht reagierenden Polyvinylalkohol, aufweisen.
Das erfindungsgemäße fluorkohlenstoff-haltige hydrophile Polymer kann durch homogene Polymerisation, Mizellenpolymerisation, Bulkpolymerisation, Lösungs­ polymerisation, Suspensionspolymerisation, Emulsionspolymerisation, Strahlungs­ polymerisation oder Fotopolymerisierungsreaktionen hergestellt werden. Beispielsweise kann das hydrophile Monomer und das hydrophile Comonomer, das bevor­ zugt in einem Lösungsmittel gelöst ist, wie 50 : 50 Aceton und entionisiertes Wasser, mit entionisiertem Wasser verdünnt und kontinuierlich gerührt werden. Die resul­ tierende Flüssigkeit kann dann mit einem Inertgas, wie reinem Stickstoff, gereinigt werden und gerührt werden, um eine homogene Lösung zu erhalten.
Die Ammonium-Persulfatlösung kann dann in die homogene Lösung eingebracht werden, um Polymerisierung bei erhöhter Temperatur (bspw. 60,0°C) über einen Zeitraum von etwa 24 Stunden zu bewirken. Nach Polymerisation kann die viskose Polymerlösung auf das vierfache Volumen durch entionisiertes Wasser verdünnt und zum Erhalt einer homogenen Lösung gerührt werden.
Das wasserlösliche Polymer ist der in der hydrophilen Zusammensetzung für Überzüge gemäß der Erfindung anwesend, um einen nicht toxischen Überzug auf Wasserbasis ohne irgendwelche organischen Lösungsmittel herzustellen.
Das wasserlösliche Polymer zum erfindungsgemäßen Einsatz kann jedes geeignete wasserlösliche Polymer sein, das bei der Adhäsion der hydrophilen Überzüge an Metalloberflächen hilft. Beispiele geeigneter wasserlöslicher Polymere umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Homopolymere und Copolymere von Epoxiden, Polyvinyl-Alkohol, Acrylsäure, Polyurethan und Mischungen derselben. Das bevorzugte wasserlösliche Polymer ist ein Epoxidharz.
Das Kreuzvernetzungs-Agens zur erfindungsgemäßen Verwendung kann jedes ge­ eignete Mittel sein, das die Kreuzvernetzung aller kreuzvernetzbaren Komponenten der hydrophilen Zusammensetzung für Überzüge bewirken kann. Beispiele geeig­ neter Kreuzvernetzungs-Agentien umfassen, sind aber nicht begrenzt auf Dialde­ hyde, Diazide, Diamine, Peroxide, UV-aktivierbare Kreuzvernetzungs-Mittel und Mischungen derselben.
Das antimikrobielle Mittel, falls anwesend, kann jede Substanz oder Kombination von Substanzen sein, die Mikroorganismen abtötet oder deren Wachstum verhindert und umfaßt Antibiotika, gegen Pilze wirksame Mittel, antibakterielle, antivirale und Anti-Algen-Mittel. Das bevorzugte antimikrobielle Agens ist ein Anti-Pilzmittel, das ULTRAFRESHTM DM-25, ULTRAFRESHTM DM-50, und ULTRAFRESHTM UF-40, ULTRAFRESHTM D110, ULTRAFRESHTM DM-95, erhältlich von Thomas Research, INTERSEPT, erhältlich von Interface Research Corporation und AMICAL FLOWABLETM, erhältlich von der Angus Chemical Company aus Northbrook, Illinois, sein kann, aber nicht auf diese eingeschränkt ist.
Die hydrophile Zusammensetzung für Überzüge kann auf jede im Stand der Technik bekannte konventionelle Weise hergestellt sein. Ein bevorzugtes Verfahren zur Her­ stellung der hydrophilen Zusammensetzung für Überzüge umfaßt (1) Mischung glei­ cher Teile einer Lösung von hydrophilen Polymeren mit einer Lösung von wasser­ löslichem Polymer durch kontinuierliches Rühren, (ii) Zugabe des Fungizids, falls ein solches eingesetzt wird, zur Mischung der Lösungen des hydrophilen Polymers und wasserlöslichen Polymers und (iii) Zugabe des Härters zur resultierenden Lö­ sung. Die hydrophile Zusammensetzung für Überzüge besitzt bevorzugt eine Visko­ sität von etwa 50-400 cps.
Die hydrophile Polymerlösung besitzt bevorzugt eine Viskosität von etwa 50-400 cps und wird bevorzugt hergestellt, indem eine wäßrige Vorratslösung von etwa 5-­ 40 Gew.-% der hydrophilen Polymere auf etwa 0,1-10 Gew.-% hydrophiles Polymer durch Zugabe von Wasser verdünnt wird. Ganz besonders bevorzugt wird die hydrophile Lösung aus einer wässrigen Vorratslösung mit etwa 4 bis 5 Gew.-% hy­ drophiles Polymer hergestellt, die langsam über 2-4 Stunden auf etwa 1 Gew.-% hydrophiles Polymer durch Zugabe von entionisiertem Wasser unter kontinuierlichem Rühren verdünnt wird, um Ausfallen des hydrophilen Polymers zu vermeiden.
Die Lösung des wasserlöslichen Polymeren hat bevorzugt eine Viskosität von 50-­ 400 cps und wird bevorzugt durch Verdünnen einer wäßrigen Vorratslösung von etwa 10-30 Gew.-% wasserlöslichen Polymeren auf etwa 1-20 Gew.-% wasserlös­ lichen Polymeren durch Zugabe von Wasser hergestellt. Bevorzugt wird die Lösung des wasserlöslichen Polymers aus einer wäßrigen Vorratslösung mit über 20 Gew.-% des wasserlöslichen Polymeren hergestellt, die auf etwa 5 Gew.-% des was­ serlöslichen Polymeren durch Zugabe von entionisiertem Wasser verdünnt wird.
Bevorzugt wird die Lösung des wasserlöslichen Polymeren zur Lösung des hydro­ philen Polymeren über einen relativ langen Zeitraum unter kontinuierlichem Rühren zugefügt. Beispielsweise wird dann 50 Liter Lösung des wasserlöslichen Polymers zu 50 Liter Lösung des hydrophilen Polymers über etwa 6 Stunden zugefügt.
Nach Herstellung der hydrophilen Zusammensetzung für Überzüge können die Oberflächen überzogen werden, wie Wärmetauscher, auf jede konventionelle Weise wie Tauchen, Spritzen, mittels Bürsten, Aufrollen, Spinnen, Fließverfahren, Aufstreichen, Off-Set-Druck usf. Bevorzugt wird die hydrophile Zusammensetzung für Überzüge durch konventionelles Tauchen aufgebracht.
Der resultierende Überzug wird sodann unter Anwendung von Wärme und/oder UV- Licht gehärtet. Bevorzugt wird der Überzug 2 bis 60 Minuten bei einer Temperatur von über etwa 50 bis 200°C und bevorzugt bei etwa 150°C gehärtet. Der resultierende gehärtete Überzug ist zwischen etwa 2 bis 10 Micron und bevorzugt etwa 5 Micron oder weniger.
Die nachfolgenden Beispiele beschreiben eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
Beispiel 1 Herstellung eines hydrophilen Polymeren und einer Lösung desselben
33,75 g AM (Acrylamid) und 103,5 mg FX-13 ((N-Ethyl-Perfluoroctansulfonamid) Ethylacrylat, gelöst in 1 ml Aceton und 1 l entionisiertem Wasser) werden in 700 ml entionisiertem Wasser in einem Dreihalsrundkolben mit 1000 ml Fassungsvermögen mit einem mechanischen Rührer und zwei Gummistöpseln gemischt. Die Flüssigkeit wird mit reinem Stickstoff eine Stunde gereinigt. Die Flüssigkeit wird gerührt, um eine homogene Lösung zu erhalten. Anschließend werden 2,0 ml einer 0,1 mol-%igen Ammoniumpersulfatlösung in den Kolben injiziert, um Polymerisation bei 60 ± 2,0°C in 24 Stunden durchzuführen. Nach der Polymerisation wird die viskose Polymerlösung auf das vierfache Volumen mit entionisiertem Wasser verdünnt und 4 Stunden gerührt, um eine homogene Lösung zu erhalten. Die Viskosität der resul­ tierenden Lösung des hydrophilen Polymers beträgt etwa 300 bis 400 cps.
Beispiel 2 Herstellung der Lösung des wasserlöslichen Polymeren
Eine Vorratslösung mit 20 Gew.-% eines wasserlöslichen Epoxidharzes wird mit en­ tionisiertem Wasser auf eine 5%ige Lösung des löslichen Epoxidharzes in Wasser verdünnt.
Beispiel 3 Herstellung des hydrophilen Überzugs
Eine 50 : 50 Mischung einer Lösung des hydrophilen Polymeren und des wasserlösli­ chen Polymeren wird hergestellt, indem die in Beispiel 2 hergestellte Lösung zu der in Beispiel 1 hergestellten Lösung über etwa 1 Stunde unter kontinuierlichem Rüh­ ren zugefügt wird. Ein Anti-Pilz-Mittel wird sodann zur resultierenden Lösung in ei­ ner Menge von 0,01 Gew.-% der Lösung beigefügt. Anschließend wird Glutaraldehyd in 25%iger wäßriger Lösung zur Lösung in einer Menge von etwa 1 Ge­ wichtsprozent der Lösung zugegeben.
Beispiel 4
Die Zusammensetzung für Überzüge des Beispiels 3 wird auf Wärmetauscher auf­ gebracht und 30 Minuten bei 150°C unter Herstellung eines Überzugs auf den Wär­ metauscheroberflächen von etwa 5 Micron Dicke gehärtet. Der Kontaktwinkel der überzogenen Wärmetauscheroberflächen wird gemäß ASTM NR. D-724 zu etwa 9° bestimmt.
Druckabfalltests liefern günstigere Resultate aufgrund der dünnen und hydrophilen Natur der Überzüge. Die überzogenen Wärmetauscher haben keinerlei bemerkba­ ren Geruch. Die überzogenen Wärmetauscher haben kein beobachtbares Mikroben- oder Pilzwachstum.
Während bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung detailliert beschrieben wur­ den, ist dem Fachmann offensichtlich, daß der Erfindung auch in verschieden artig­ sten anderen Abwandlungen durchgeführt werden kann, wie sie unter den Schutz­ bereich der Ansprüche fallen.

Claims (20)

1. Hydrophile Zusammensetzung für Überzüge von Metalloberflächen mit einem hydrophilen Polymeren, das Einheiten eines hydrophilen Monomeren und Einheiten eines fluorkohlenstoffhaltigen hydrophoben Comonomeren aufweist, die hydrophile Überzüge auf Metalloberflächen mit einem Kontaktwinkel unterhalb etwa 50° herstellt.
2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrophile Polymer ein Grundgerüst und Seiten- und End-Ketten, die sich vom Grundgerüst erstrecken, das im wesentlichen aus den Einheiten des hydrophilen Monomeren und Seiten- und/oder Endketten, die im wesentlichen aus den Einheiten des hydrophoben Comonomeren bestehen, zusammengesetzt ist.
3. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheiten des hydrophoben Comonomeren im hydrophilen Polymeren von etwa 0.01 bis etwa 10 Mol-% anwesend sind.
4. Zusammensetzung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Einheiten des hydrophilen Monomeren ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Acrylamid, Vinylacetat, Vinylalkohol, Vinylpyrrolidon und Mischungen derselben.
5. Zusammensetzung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheiten des hydrophilen Monomeren ferner Einheiten ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus hydrophilen kationischen oder anionischen Monomeren aufweisen, wobei das hydrophile Polymer ein Terpolymer mit Einheiten der allgemeinen Formel ist;
wobei R1 = H oder CH3
x = eine organische Verbindungs-Gruppe;
p = 0 oder 1;
Rf = eine perfluorierte Alkyl- oder perlluorierte Polyalkylenoxy- Gruppe;
m = 0.01-10 Mol-%;
n+i = 90-99.99 Mol-%;
n/i = Mol-Verhältnis = 10 : 90 bis zu 90 : 10; und
6. Zusammensetzung nach Anspruch 1, die ferner Wasser, wasserlösliches Polymer und Härter aufweist.
7. Zusammensetzung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrophile Polymer zu etwa 0,05 bis etwa 10 Gew.-% in der Zusammensetzung für Überzüge - auf Basis des Gewichts der Zusammensetzung für Überzüge, wobei das wasserlösliche Polymer in der Zusammensetzung von etwa 1 bis zu etwa 20 Gew.-%, der Härter in der Zusammensetzung von etwa 1 bis zu etwa 5 Gew.-%, und das Wasser in der Zusammensetzung von etwa 65 bis zu etwa 98 Gew.-% anwesend ist.
8. Zusammensetzung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner antimikrobielle Agentien in einer Menge von 0.1 bis etwa 2 Gew.-%, auf Basis des Gewichts der Zusammensetzung aufweist.
9. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrophile Polymer ein Molekulargewicht von etwa 50,000 bis zu etwa 6,000,000 besitzt.
10. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrophile Polymer die allgemeine Formel hat:
wobei R1 = H oder CH3;
x = eine organische Verbindungs-Gruppe;
p = 0 oder 1;
Rf = perfluorierte Alkyl- oder perfluorierte Polyalkylenoxy- Gruppe;
m = 0.01-10 Mol-%; und
n = 90-99.99 Mol-%.
11. Zusammensetzung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserlösliche Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Homo- und Copolymeren von Epoxid, Polyvinylalkohol, Acrylsäure und Polyurethan.
12. Zusammensetzung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktwinkel geringer als etwa 20° ist.
13. Zusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheiten des hydrophoben Comonomeren in dem hydrophilen Polymeren von etwa 0.01 bis zu etwa 5 Mol-% vorliegen.
14. Zusammensetzung nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, daß X =
wobei R3 eine C1-C4 Alkylgruppe ist.
15. Verfahren zum hydrophilen Überziehen einer Metalloberfläche, mit den Schritten:
  • a) Vorsehen einer Metalloberfläche,
  • b) Vorsehen einer Zusammensetzung mit einem hydrophilen Polymer, das Ein­ heiten eines hydrophilen Monomeren und Einheiten eines Fluorkohlenstoffs mit hydrophobem Comonomeren aufweist,
  • c) Aufbringen der Zusammensetzung auf die Metalloberfläche; und
  • d) Härten der Zusammensetzung zur Herstellung eines hydrophilen Überzugs auf der Metalloberfläche.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug weniger als etwa 5 micron dick ist.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheiten des hydrophoben Comonomeren im hydrophilen Polymer zu etwa 0.01 bis zu etwa 10 Mol-% vorliegen.
18. Wärmetauscher mit hydrophilem Oberflächenüberzug aus der Zusammensetzung nach Anspruch 1.
19. Wärmetauscher nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheiten des hydrophoben Comonomeren im hydrophilen Polymer von etwa 0.01 bis zu etwa 10 Mol-% vorliegen.
20. Wärmetauscher mit einem nach dem Verfahren des Anspruchs 15 hergestellten Überzug.
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