JP2002275407A - 有機親水性塗料組成物及び親水性皮膜を有する熱交換器用アルミニウム材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アルミニウム材を始めとして銅材やプラスチ
ック材等の種々の硬質材料の表面に初期親水性、長期親
水性及び耐水性において優れた性能を発揮する親水性皮
膜を形成し得る有機親水性塗料組成物を提供する。ま
た、このような有機親水性塗料組成物により形成された
親水性皮膜を有するプレコートフィン材等の熱交換器用
アルミニウム材を提供する。 【解決手段】 ポリビニルアルコール系樹脂及びポリエ
チレングリコール系樹脂を主成分として含み、かつ、１
価又は２価の元素を有する硝酸化合物を含有する有機親
水性塗料組成物である。また、アルミニウム又はアルミ
ニウム合金からなり、本体表面の一部又は全部には上記
有機親水性塗料組成物を用いて形成された親水性皮膜を
有するプレコートフィン材等の熱交換器用アルミニウム
材である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、アルミニウム又はア
ルミニウム合金からなるアルミニウム材を始めとして、
熱伝導性に優れた銅又はその合金からなる銅材、プラス
チック材等の硬質材料の表面に親水性皮膜を形成するた
めの有機親水性塗料組成物、及びこの有機親水性塗料組
成物により形成された親水性皮膜を有する熱交換器用ア
ルミニウム材に関する。

【０００２】

【従来の技術】建物や自動車等で用いられる空調機器等
の熱交換器においては、熱伝導性及び加工性に優れてい
るアルミニウム又はアルミニウム合金からなる種々の熱
交換器用アルミニウム材、例えばフィン材やチューブ材
等が用いられている。

【０００３】そして、このような熱交換器用アルミニウ
ム材については、例えばフィン材の場合、熱交換器の熱
交換効率を高める目的や、熱交換器、ひいては空調機器
の小型化を進める目的等のため、フィン相互間の間隔を
できるだけ狭くしたり、通風抵抗をできるだけ小さくす
るためにフィンにルーバーと称される切り目を入れるこ
とが行われている。

【０００４】このため、冷房時等において、空気中の水
分がフィン表面等の熱交換表面で凝縮し、この凝縮した
凝縮水が水滴として熱交換表面に溜まり、熱交換面積を
減少せしめて熱交換効率を低下させ、あるいは、フィン
相互間にブリッジを形成して通風抵抗を増加させ、結果
として熱交換器の熱交換効率を大きく低下させる原因に
なっていた。

【０００５】そこで、従来においても、この問題を解決
するため、フィン材やチューブ材等の熱交換器用アルミ
ニウム材の表面に親水性塗料組成物を用いて親水性皮膜
を設け、フィン材やチューブ材等の表面の水濡れ性を高
めて水滴の生成を可及的に防止し、これによって凝縮水
による水滴の生成を抑制することが提案されており、例
えば熱交換器用アルミニウム材がフィン材である場合、
プレコートフィン材として供給されている。

【０００６】しかしながら、従来の親水性塗料組成物と
しては、一般に、水ガラスやシリカ等の無機系のものが
使用されており、フィン材等の成形時に金型の摩耗が激
しく、また、冷房運転の際における不快臭の発生等が問
題になっていた。そこで、近年においては、このような
金型摩耗や不快臭発生等の問題がないポリビニルアルコ
ール系樹脂、ポリアクリルアミド系樹脂、ポリアクリル
酸系樹脂、セルロース系樹脂等の水溶性の親水性樹脂を
含む有機親水性塗料組成物が提案されており（特開昭63
-173,632号、特開平5-302,042号、特開平9-14,889号等
の各公報）、これらのうちポリビニルアルコール系樹脂
は、合成繊維の原料としてその基礎研究や用途研究が進
んでいて広範な品質（重合度、鹸化度、変性等）のもの
を比較的低コストで入手できることから、好適に使用さ
れている。

【０００７】ところで、このような熱交換器用アルミニ
ウム材の表面に形成される親水性皮膜には、単に良好な
親水性を有するということだけでなく、冷房運転時には
長時間に亘って水に濡れる環境に晒されることから、水
に濡れても膨潤したり溶解することのない優れた耐水性
が不可欠であり、無機親水性塗料組成物の場合には原料
として用いられるシリカが親水性を有し、かつ、水に不
溶であることから問題はないが、有機親水性塗料組成物
の場合、例えばポリビニルアルコール系樹脂を主成分と
する場合には、熱処理、アセタール化、多価金属等との
反応等により、形成される親水性皮膜に適度な耐水性を
付与することが必要であり、しかも、このようにして親
水性皮膜に耐水性を付与するとそれに反比例して不可避
的に親水性が低下し、親水性と耐水性の両性能を同時に
改善することは困難であるとされている。

【０００８】更にまた、このような親水性皮膜が設けら
れた熱交換器用アルミニウム材、例えばプレコートフィ
ン材については、熱交換器製造工程でプレス成形加工の
際に、プレス成形前に揮発型プレスオイルを塗布するプ
レスオイルの塗布とプレス成形後に塗布した揮発型プレ
スオイルを加熱下に乾燥させて除去するプレスオイルの
除去とが行われるが、このプレスオイルの除去の際の加
熱乾燥（通常、１４０〜２００℃で数分から十数分間の
加熱）により親水性皮膜の親水性が低下し、結果として
製造された熱交換器が充分な熱交換効率を発揮し得なく
なる場合がある。

【０００９】この問題を解決するために、例えば有機親
水性塗料組成物中に界面活性剤のような補助的な親水性
付与剤を添加することも行われているが、このような補
助的な親水性付与剤の添加では、熱交換器を使い始めて
しばらくの間は良好な親水性が得られるものの、使用途
中に界面活性剤等の親水性付与剤が凝縮水中に徐々に溶
出し、次第に親水性が低下して長期に亘って親水性を持
続させることが困難であるという問題がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者ら
は、プレコートフィン材等の親水性皮膜を有する熱交換
器用アルミニウム材について、初期親水性だけでなく、
長期に亘って親水性を持続させる長期親水性に優れてお
り、しかも、耐水性にも優れた親水性皮膜を形成し得る
有機親水性塗料組成物の開発について鋭意検討した結
果、樹脂成分としてポリビニルアルコール系樹脂及びポ
リエチレングリコール系樹脂を主成分とし、これに特定
の硝酸化合物を添加した有機親水性塗料組成物が、初期
親水性、長期親水性及び耐水性のいずれにおいても優れ
た性能を発揮する親水性皮膜を形成することを見出し、
本発明を完成した。

【００１１】従って、本発明の目的は、アルミニウム材
を始めとして銅材等の種々の硬質材料の表面に初期親水
性、長期親水性及び耐水性において優れた性能を発揮す
る親水性皮膜を形成し得る有機親水性塗料組成物を提供
することにある。また、本発明の他の目的は、このよう
な有機親水性塗料組成物により形成された親水性皮膜を
有するプレコートフィン材等の熱交換器用アルミニウム
材を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、樹
脂成分としてポリビニルアルコール系樹脂及びポリエチ
レングリコール系樹脂を主成分とする有機親水性塗料組
成物であり、１価又は２価の元素を有する硝酸化合物を
含有する有機親水性塗料組成物である。また、本発明
は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなり、本体
表面の一部又は全部には請求項１〜４のいずれかの有機
親水性塗料組成物を用いて形成された親水性皮膜を有す
るプレコートフィン材等の熱交換器用アルミニウム材で
ある。

【００１３】本発明において、有機親水性塗料組成物の
樹脂成分を構成するポリビニルアルコール系樹脂につい
ては、好ましくはその鹸化度が９７モル％以上、より好
ましくは９７．５〜９９．５モル％の完全鹸化タイプの
ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）であり、また、その平
均重合度が５００〜２５００、より好ましくは１５００
〜２５００のＰＶＡである。鹸化度が９７モル％より低
いと、親水性と耐水性が共に悪化するという問題があ
り、また、平均重合度については、５００より低いと親
水性と耐水性が共に悪化し、反対に、２５００より高く
なると粘土上昇が著しくなって必要な浴濃度を確保でき
なくなる場合が生じる。

【００１４】このようなポリビニルアルコール系樹脂に
は、上記ＰＶＡ以外に、例えば、酢酸ビニルの重合時に
少量（例えば５重量％以下）のアリルグリシジルエーテ
ル（例えば、ナガセ化成工業社製商品名：デナコールEX
-III）を共重合させ、水酸基の一部がエポキシ基で置換
されたもの、あるいは、同じく酢酸ビニルの重合時にク
ロトン酸、アクリル酸、無水マレイン酸、イタコン酸、
ＭＭＡ等のカルボキシル基を有するモノマーを共重合さ
せることによって主鎖中にカルボキシル基を導入した変
性ポリビニルアルコール等も含まれる。

【００１５】また、ポリビニルアルコール系樹脂と共に
有機親水性塗料組成物の樹脂成分を構成するポリエチレ
ングリコール系樹脂については、好ましくはその重量平
均分子量が１０００〜２００００、好ましくは４０００
〜１１０００のポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、エ
チレングリコール・プロピレングリコール共重合体等が
挙げられる。

【００１６】本発明において、上記ポリビニルアルコー
ル系樹脂とポリエチレングリコール系樹脂の配合割合
は、ポリビニルアルコール系樹脂が３０〜１５０ｇ／リ
ットル、好ましくは５０〜１００ｇ／リットルであり、
また、ポリエチレングリコール系樹脂が３〜４０ｇ／リ
ットル、好ましくは５〜２０ｇ／リットルである。ポリ
ビニルアルコール系樹脂の配合割合が３０ｇ／リットル
より少ないと親水性に必要な膜厚を確保できず、また、
１５０ｇ／リットルより多い塗料組成物では粘度が高く
なり過ぎて塗装作業性が著しく低下する。そして、ポリ
エチレングリコール系樹脂の配合割合が３ｇ／リットル
より少ないと所望の親水性が得られ難くなり、また、４
０ｇ／リットルより多くなると形成された親水性皮膜の
密着性が低下する。

【００１７】本発明においては、このような樹脂成分を
有する塗料組成物中に、１価又は２価の元素を有する硝
酸化合物、好ましくは水素や、リチウム、カリウム、ナ
トリウム等のアルカリ金属等の１価の元素や、マグネシ
ウム、カルシウム等のアルカリ土類金属や、亜鉛等の２
価の元素を有する硝酸化合物を所定の割合で添加する。
この硝酸化合物の添加割合は、硝酸イオン濃度が０．１
〜１６ｇ／リットル、好ましくは０．３〜６ｇ／リット
ルとなる割合であり、この硝酸イオン濃度が０．１ｇ／
リットルより低いと所望の親水性が得られ難くなり、反
対に、１６ｇ／リットルより高くなると一旦改善された
親水性が再び低下して所望の親水性が得られなくなる。

【００１８】本発明の有機親水性塗料組成物は、樹脂成
分としてのポリビニルアルコール系樹脂及びポリエチレ
ングリコール系樹脂と１価又は２価の元素を有する硝酸
化合物とを必須成分として含むものであり、必要によ
り、貯蔵中の腐敗防止を目的に有機銅系、有機ヨード
系、イミダゾール系、イソチアゾリン系、ピリチオン
系、トリアジン系、銀系等の抗菌・抗黴作用を有する防
腐剤や、タンニン酸、没食子酸、フイチン酸、ホスフィ
ン酸等の防錆剤や、ポリアルコールのアルキルエステル
類、ポリエチレンオキサイド縮合物等のレベリング剤
や、相溶性を損なわない範囲で添加されるポリアクリル
アミド、ポリビニルアセトアミド等の充填剤や、酸化チ
タン、フタロシアニン化合物等の着色剤や、アルキル硫
酸エステル塩、アルキルスルホコハク酸塩系等の界面活
性剤等を添加することができる。

【００１９】本発明の有機親水性塗料組成物を調製する
に際しては、特に制限はないが、ポリビニルアルコール
系樹脂が比較的水に溶け難いので、好ましくは、先ずポ
リビニルアルコール系樹脂を常温の水に５〜１０分間分
散させた後、８０〜９０℃で３０〜６０分間加熱し、溶
解させた後に所定の濃度となるように水を加え、次いで
攪拌下にポリエチレングリコール系樹脂を添加して溶解
させ、その後に硝酸化合物を、好ましくは水で希釈した
硝酸化合物水溶液として、添加して混合する。

【００２０】そして、本発明の有機親水性塗料組成物を
種々の硬質材料の表面に塗布する方法については、特に
制限はなく、例えば、通常良く用いられるロールコータ
ーを用いる方法や、塗布量管理に便利なグラビアロール
を用いる方法や、厚塗りするのに便利なナチュラルコー
ト方式や、塗布面を綺麗に仕上げるのに有利なリバース
コート方式等を採用することができる。

【００２１】例えば、本発明の有機親水性塗料組成物を
用い、チューブ材やフィン材等の熱交換器用アルミニウ
ム材の表面に親水性皮膜を形成する際には、先ず、ロー
ルコーター等を用いてアルミニウム材の表面に塗料組成
物を塗布し、次いで例えばフローターオーブン等により
高温通風下での加熱、好ましくは１０〜３０ｍ／分の高
温通風下に２００〜３００℃の高温で１０〜１５秒間の
加熱を行う。

【００２２】本発明の有機親水性塗料組成物を用いて硬
質材料の表面に形成される親水性皮膜の膜厚について
は、硬質材料の種類や用途等により異なり、特に制限は
ないが、例えばプレコートフィン材である場合、通常
０．０５〜５μｍ、好ましくは０．１〜２μｍ、より好
ましくは０．５〜１．５μ程度であるのがよい。

【００２３】本発明の有機親水性塗料組成物を用いて形
成される親水性皮膜は、塗料組成物中の樹脂成分である
ポリビニルアルコール系樹脂やポリエチレングリコール
系樹脂のポリマー側鎖の水酸基が硝酸イオンでマスキン
グされ、これによって、例えばプレコートフィン材の場
合、熱交換器製造工程でプレスオイル除去ための加熱乾
燥が行われ、ポリビニルアルコール系樹脂の結晶化が進
んでも、ポリマー側鎖の水酸基どうしの水素結合が抑制
され、結果として初期親水性だけでなくて長期親水性に
も優れた性能が発揮されるほか、結晶化の進行による優
れた耐水性をも発揮すると考えられる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、実施例及び比較例に基づい
て、本発明の好適な実施の形態を具体的に説明する。

【００２５】実施例１〜７及び比較例１〜５ 鹸化度９７．５〜９９．５モル％及び平均重合度１７０
０のポリビニルアルコール（ＰＶＡ）６重量％と、重量
平均分子量８５００のポリエチレングリコール（ＰＥ
Ｇ）１．２重量％と、表１に示す化合物を表１に示すア
ニオン濃度で含む各実施例及び比較例の親水性塗料組成
物を調製した。得られた各実施例及び比較例の親水性塗
料組成物について、その初期親水性と長期親水性とを以
下の方法で測定し、評価した。

【００２６】〔親水性の評価〕アルミニウム材（AA310
2、厚さ0.15mm）を常法により脱脂し、次いで洗浄し
た。得られた脱脂洗浄後のアルミニウム材について、ク
ロメート処理剤（日本ペイント社製：アルサーフ407/4
7）を用い、浸漬法により燐酸クロメート下地処理を施
し、流水中で１分間洗浄し、５０℃で１０分間乾燥し
て、アルミニウム材の表面にクロム（Cr）１００mg／ｍ
²の耐食性皮膜を形成せしめ、親水性の評価のための試
験片を調製した。

【００２７】得られた試験片の表面に、ロールコーター
を用いて各実施例及び比較例の親水性塗料組成物を塗布
し、熱風乾燥炉を用いて２５５℃、１２秒の条件で焼付
けを行い、試験片の表面に膜厚０．９〜１ｇ／ｍ²の親
水性皮膜を形成した。このようにして親水性皮膜を設け
た試験片にプレスオイル（出光興産社製AF-2C）を塗布
し、１８０℃、３時間の条件で加熱乾燥した後、直後の
初期親水性と、水に１００時間浸漬後の長期親水性とを
測定した。

【００２８】初期親水性及び長期親水性の測定は、水平
に設置した試験片の親水性皮膜上に純水２μＬを滴下
し、形成された水滴の接触角を接触角計（協和界面科学
社製：CA‐A）を用いて測定し、また、親水性の評価
は、評価点５：接触角＜１０°、評価点４：接触角１０
〜１６°、評価点３：接触角１７〜２５°、評価点２：
接触角２６〜３５°、及び評価点１：接触角＞３５°の
評価基準で行い、合格域は評価点≧３とし、また、総合
評価では初期親水性及び長期親水性の各評価が共に評価
点≧３の場合とした。結果を表１に示す。

【００２９】また、耐水性については、上記長期親水性
測定後の試験片についてその親水性皮膜を観察したとこ
ろ、各実施例及び比較例共に膨潤・溶解が認められず、
また、親水性皮膜の上に垂らした水を指で擦って調べて
も、皮膜剥れが認められず、いずれも合格であった。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【発明の効果】本発明の有機親水性塗料組成物によれ
ば、アルミニウム材等の硬質材料の表面に初期親水性、
長期親水性及び耐水性において優れた性能を発揮する親
水性皮膜を形成することができる また、本発明のプレコートフィン材等の熱交換器用アル
ミニウム材は、その表面に初期親水性、長期親水性及び
耐水性において優れた性能を有する親水性皮膜が設けら
れており、これを用いて形成された熱交換器は長期に亘
って優れた熱交換効率を発揮する。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリビニルアルコール系樹脂及びポリエ
   チレングリコール系樹脂を主成分として含む有機親水性
   塗料組成物であり、１価又は２価の元素を有する硝酸化
   合物を含有することを特徴とする有機親水性塗料組成
   物。
2. 【請求項２】 ポリビニルアルコール系樹脂が完全鹸化
   タイプである請求項１に記載の有機親水性塗料組成物。
3. 【請求項３】 硝酸化合物が、水素、アルカリ金属、及
   びアルカリ土類金属から選ばれた元素を有する硝酸化合
   物である請求項１又は２に記載の有機親水性塗料組成
   物。
4. 【請求項４】 ポリビニルアルコール系樹脂３０〜１５
   ０ｇ／リットル及びポリエチレングリコール系樹脂３〜
   ４０ｇ／リットルを含有し、かつ、硝酸化合物を硝酸イ
   オン濃度０．１〜１６ｇ／リットルの割合で含有する請
   求項１〜３のいずれかに記載の有機親水性塗料組成物。
5. 【請求項５】 アルミニウム又はアルミニウム合金から
   なり、本体表面の一部又は全部には請求項１〜４のいず
   れかの有機親水性塗料組成物を用いて形成された親水性
   皮膜を有することを特徴とする熱交換器用アルミニウム
   材。
6. 【請求項６】 熱交換器用アルミニウム材がプレコート
   フィン材である請求項５に記載の熱交換器用アルミニウ
   ム材。