JP2022513883A - 熱交換器用の吸着性、多孔質、フレキシブルコーティングを製造するためのコーティング材料、及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
以下のステップを含むコーティング材料の製造方法が特定される：ヒドロキシル末端シロキサン、及び少なくとも３つの官能性水素化物を有するシロキサン及び／又は少なくとも３つの加水分解性基を有するシランの混合物を製造するステップ；前記混合物に有機溶媒を添加するステップ；前記混合物を均質化するステップ；前記混合物に吸着材料を添加するステップ；及び前記混合物に触媒を添加するステップ。本発明のコーティング材料、装置のコーティング方法、熱交換器も特定される。【選択図】図１
Description
本発明は、コーティング材料の製造方法、コーティング材料、装置をコーティングする方法、及び熱交換器に関する。
ヒートポンプと冷却装置の性能を最適化する場合、熱交換器の最適化が重要な役割を果たす。吸着式冷却装置及びヒートポンプの場合、熱交換器でのガス状媒体の吸着を促進するために、熱交換器は吸着材料でコーティングされている。熱交換器の吸着特性を改善することは、熱交換器での熱伝達を最適化するための重要な要素であり、従って、冷却装置や熱交換器の性能を最適化するための本質的側面である。
従って、熱交換器での吸着性能を最適化するために使用できるコーティング材料が必要である。ゼオライトは、吸着式冷却装置やヒートポンプにおける水を吸着するための吸着材料の有望なグループと考えられている。例えば、ＳＡＰＯ－３４は、低温熱機関の吸着材料として使用するための有望な候補と考えられる。
吸着最適化の重要な側面の１つは、吸着材料を熱交換器に固定することである。一方、吸着材料は、バインダーによって熱交換器に固定することができる。バインダーの適用は、これを容易にするが、吸着材料と熱交換器との間の熱接触に関して不利になる。さらに、バインダーのために、限られた機械的耐久性と強度しか達成できないことがしばしばある。
あるいは、ゼオライトを熱交換器上でその場で結晶化させることが提案されている。これにより、ゼオライトと熱交換器表面との間でほぼ完全に熱的に接触する。しかしながら、このプロセスは比較的複雑で費用がかかり、長い処理時間が必要である。さらに、この方法では、アルミニウム表面のみをコーティングでき、これは、熱交換器の選択に関する大きな制限である。
上記の観点より、本発明の目的は、可能な限り多くのタイプの熱交換器の吸着性能の向上を達成し、吸着式冷却装置及びヒートポンプの性能を向上し、熱交換器の寿命を向上し、製造コストを下げることである。
本発明の目的は、請求項１に記載のコーティング材料の製造方法、請求項１６に記載のコーティング材料、請求項２６に記載の装置のコーティング方法、及び、請求項３３に記載の熱交換器によって達成される。
特に、本発明の目的は、以下のステップを含むコーティング材料の製造方法によって達成される：
ヒドロキシル末端シロキサン、及び
少なくとも３つの官能性水素化物を有するシロキサン、及び／又は少なくとも３つの加水分解性基を有するシラン
の混合物を製造するステップ；
前記混合物に有機溶媒を添加するステップ；
前記混合物を均質化するステップ；
前記混合物に吸着材料を添加するステップ；及び
前記混合物に触媒を添加するステップ。
ヒドロキシル末端シロキサン、及び
少なくとも３つの官能性水素化物を有するシロキサン、及び／又は少なくとも３つの加水分解性基を有するシラン
の混合物を製造するステップ；
前記混合物に有機溶媒を添加するステップ；
前記混合物を均質化するステップ；
前記混合物に吸着材料を添加するステップ；及び
前記混合物に触媒を添加するステップ。
本発明の１つの本質的な点は、ヒドロキシル末端シロキサンと少なくとも三官能性水素化物シロキサン又はシランとの混合物をマトリックス形成成分として使用することにある。ヒドロキシル末端シロキサンは、コーティングマトリックスを形成するための基本的なモノマーとして機能し、一方、三官能性成分（少なくとも３つの官能性水素化物を有するシロキサン、及び／又は少なくとも３つの加水分解性基を有するシラン）は、モノマーを接続するためのリンカー（ｌｉｎｋｅｒ）として機能する。
ここでは、少なくとも３つの官能基を有するリンカーの使用が不可欠である。これにより、３次元ネットワークの形成が可能になり、閉じた多孔質コーティングを形成することができる。マトリックスを形成するシラノール及びシロキサン成分は、吸着材料が埋め込まれた発泡体のような多孔質構造の形成を確実にする。
本発明による製造方法によれば、シラノール及びシロキサン成分によって高い結合強度で熱交換器表面に取り付けることができる広範囲の固体吸着材料を使用することができる。
本発明によって製造されたコーティング材料の組成は、閉じた多孔質構造を有するコーティングが形成でき、それは水蒸気に対しては開放されているが液体の水に対しては閉鎖されている。その結果、コーティング材料の下側の熱交換器の表面の腐食を防ぐことができ、これは、特にアルミニウムフィン及び銅管を有する通常のフィンタイプの熱交換器の場合に、熱交換器の耐用年数を延ばす。同時に、吸着材料の吸着性能は、シラン－シロキサンマトリックスによって妨げられないので、吸着性能を最適化することができる。
本発明によるコーティング材料を用いて、ほとんどすべての一般的な熱交換器上に、シラン－シロキサンマトリックスのおかげで、非常に高度な機械的柔軟性を特徴とするコーティングを形成することが可能であり、その結果、熱交換器の変形中のコーティングに亀裂が生じない。
ヒドロキシル末端シロキサンとリンカーとの混合は、例えば、スプーン、機械式ミキサー又はマグネチックスターラーを使用して、単純な機械的攪拌によって行うことができる。
ヒドロキシル末端シロキサンの分子量は、好ましくは１５０，０００以下、より好ましくは１８，０００以下である。水素化物末端シロキサン化合物の最大分子量は、好ましくは１０，０００、より好ましくは１４００である。
好ましい一実施形態において、ヒドロキシル末端シロキサンは、シラノール末端ポリジメチルシロキサン、シラノール末端ジフェニルシロキサンとジメチルシロキサンとの共重合体、シラノール末端ポリジフェニルシロキサン、シラノール末端メチルフェニルポリシロキサン、シラノール末端ポリトリフルオロプロピルメチルシロキサン、ポリ（ジメチルシロキサン）、ビス（ヒドロキシアルキル）末端ポリジメチルシロキサン、ヒドロキシプロピル末端ポリジメチルシロキサン、又は前記物質の混合物から製造される。
別の好ましい実施形態では、前記少なくとも３つの官能性水素化物を有するシロキサンは、以下から形成される：水素化物末端ポリジメチルシロキサン；単分散水素化物末端ポリジメチルシロキサン；ポリメチルヒドロシロキサン、トリメチルシロキシ末端；メチルヒドロシロキサン－ジメチルシロキサン共重合体、トリメチルシロキシ末端；メチルヒドロシロキサン－ジメチルシロキサン共重合体、水素化物末端；メチルヒドロシロキサン－フェニルメチルシロキサン共重合体、水素化物末端；又は水素化物末端メチルヒドロシロキサンとオクチルメチルシロキサンとの共重合体及び／又は三元重合体；又は前記物質の混合物。
別の好ましい実施形態では、混合物中の水素化物とヒドロキシル官能化シロキサン化合物の比は、０～４である。従って、多孔質シラン－シロキサンマトリックスの最適構造を達成すると同時に、マトリックスへの吸着材料の優れた結合をも有する。ここでは、前記比の値は、１．５～２．５が特に好ましい。
有機溶媒は、水を含まないか、又は実質的に無水であることが好ましい。マトリックスを形成するシロキサン及びシラン成分は、水を溶媒として使用すると、激しい混合が行われた場合でも、エマルジョンを形成することが分かった。これは、コーティングが形成されるときに大きな不均一性をもたらす。実質的に無水の有機溶媒を使用することにより、混合物の良好な均一性を達成することができる。ここで、「実質的に無水」とは、特にエタノールの場合、水分含有量が１０％未満であることを意味すると理解されるべきである。
有機溶媒は、好ましくは、エタノール、アセトン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）もしくはジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、又はそれらの混合物、特に好ましくは、エタノールとアセトンの混合物からなる。エタノールとアセトンの混合物は、これらの物質が健康に無害で安価であるため、好ましい。アセトンは、特にシラン－シロキサンマトリックスと相互作用することができ、ポリマー鎖の延長をもたらす。従って、混合物の種々の成分間の相互作用が促進され、成分のより良好な混合が達成される。ＴＨＦとＤＭＦは、シラン－シロキサンマトリックスの構成要素に高度な溶解性を与えるという利点を提供する。
混合物の粘度は、有機溶媒の含有量によって制御することができる。有機溶媒の含有量が多いほど混合物の粘度は低くなり、逆もまた同様である。
別の好ましい実施形態では、吸着材料は、遊離ヒドロキシル基を有する固体吸着剤、シリカゲル、活性炭、塩水和物、ＭＯＦ（金属有機構造体）及び／又はゼオライトを含有する。
吸着材料にシリカゲルが含まれている場合は、混合物に添加する前にシリカゲルを官能化することが好ましい。ここで、官能化とは、シリカゲルの表面処理を意味し、その間、表面上に存在する遊離ヒドロキシル基の数が減少する、と理解される。例えば、粉末形態のシリカゲルも、原理上、処理せずに混合物に添加することができる。しかしながら、コーティング材料中のシリカゲルの含有量は、最大でも４０～５０重量％しか達成できない。
シリカゲルの官能化は、吸着材料とシラン－シロキサンマトリックスとの相互作用を最適化するのに役立つ。表面のヒドロキシル基密度が高すぎる吸着材料は、シラン－シロキサンマトリックスとの非常に強い相互作用をもたらし、シラン－シロキサンマトリックスの架橋が減少するため、凝集力の低い不均一な複合コーティングの形成をもたらす。逆に、反応性ヒドロキシル基が少なすぎる吸着材料を使用すると、シラン－シロキサンマトリックスの最適な架橋を達成することができるが、この場合、シラン－シロキサンマトリックスへの吸着材料の結合が不十分であり、その結果、吸着材料がコーティング材料から剥離し、コーティング材料自体の機械的及び化学的－物理的効率を損なう可能性がある。
混合物に添加する前にシリカゲルを官能化する場合、コーティング材料中のシリカゲルの含有量を最大８０重量％まで増加させることができる。コーティング材料の吸着特性は、吸着材料の含有量が高いことによって改善することができる。
官能化のために、シリカゲルをテトラエチルオルトシリケート溶液（水中５０％）で室温で２～１２時間（好ましくは４時間）処理することができる。工程の最後に、シリカゲルを濾過し、次いでオーブンで２４時間乾燥させて、官能化シリカゲル粉末を得る。
ゼオライトを吸着材料として使用する場合、官能化を行わなくても、吸着材料の含有量は、原理的に最大９５重量％を達成することができる。関連する用途のためにコーティング材料を最適化するために、シリカゲルとゼオライトの混合物を使用することもできる。
吸着材料としても使用できるＭＯＦは、本技術分野で日常的であり、無機構造単位と無機構造単位間の結合要素としての有機分子から構築される、公知の微孔性材料を意味すると理解される。
別の好ましい実施形態では、この方法は、熱伝導性フィラーを混合物に添加することを含む。その結果、コーティング材料の熱伝導率を高めることができる。これにより、コーティング材料の層の厚さが厚い場合でも、熱交換器の熱効率が向上する。
ここで、熱伝導性フィラーは、グラファイト、特に、グラファイト粉末、カーボンナノチューブ、グラフェン、銅粉末、及び／又はアルミニウム粉末を含むことが好ましい。グラファイト粉末は、軽量で低コストという利点がある。
別の好ましい実施形態では、触媒は、ビス（２－エチルヘキサノエート）スズ、ジブチルジラウリルスズ、オクト酸亜鉛、オクト酸鉄、及び／又は金属塩を含む。
別の好ましい実施形態では、吸着材料を混合物に加えるステップは、混合物を２分以上攪拌することを含む。混合物に触媒を加えるステップは、混合物を２分以上攪拌することが含むことが好ましい。これにより、混合物の均質性が確保され、コーティング材料の特性が向上する。攪拌は、手動で、又は従来の機械的混合装置によって行うことができる。
別の実施形態では、混合物中の触媒の割合は、０．１～６重量％、好ましくは０．１～５重量％、より好ましくは０．１～３重量％である。触媒は、マトリックス形成成分間、及びマトリックス形成成分と吸着材料との間の脱水素反応を促進し、その結果、塗布後の多孔質コーティングの形成を促進するために、混合物に添加される。
混合物中の熱伝導性フィラーの割合は、２０重量％未満が好ましく、７．５重量％であることがより好ましい。従って、コーティング材料の熱伝導率への効果的な貢献を達成することができる。
本発明の目的はまた、好ましくは上記の方法によって製造され、以下からなるコーティング材料によって達成される：
２～４０重量％のヒドロキシル末端シロキサン、
２０重量％未満の少なくとも３つの官能性水素化物を有するシロキサン、及び／又は、１０重量％未満の少なくとも３つの加水分解性基を有するシラン、
１０～７０重量％の有機溶媒、
５～８５重量％の吸着材料、
０．１～６重量％、好ましくは０．１～５重量％、より好ましくは０．１～３重量％の触媒、
任意で、２０重量％未満、好ましくは７．５重量％の熱伝導性フィラー、
からなり、残部が不可避の不純物である。
２～４０重量％のヒドロキシル末端シロキサン、
２０重量％未満の少なくとも３つの官能性水素化物を有するシロキサン、及び／又は、１０重量％未満の少なくとも３つの加水分解性基を有するシラン、
１０～７０重量％の有機溶媒、
５～８５重量％の吸着材料、
０．１～６重量％、好ましくは０．１～５重量％、より好ましくは０．１～３重量％の触媒、
任意で、２０重量％未満、好ましくは７．５重量％の熱伝導性フィラー、
からなり、残部が不可避の不純物である。
コーティング材料の特定された重量比は、塗布前のコーティング材料の組成に関する。
本発明のコーティング材料は、多くの利点を提供する。コーティング材料の使用は、コーティングされる装置の特定の形状又は材料に限定されず、例えば、鋼、銅、アルミニウム、プラスチック、又はグラファイトで作られた装置に使用することができる。
コーティング材料は、多孔性で機械的に柔軟なコーティングを形成するために使用することができる。吸着材料には適切な材料を多数使用でき、用途に応じて最適に選択できる。
本発明のコーティング材料によれば、吸着特性を損なうことなく、ほぼ任意の所望の厚さでコーティングを形成することができる。従来のコーティング材料の場合、コーティングの最も内側の領域への水蒸気の拡散が制限されているため、層厚には制限がある。これにより、層厚が増すと、熱交換器の効率が大幅に低下する。この欠点を克服するために、従来、小さな層厚が選択されている。しかしながら、厚さが厚いほど吸着材料の量が多くなり、蒸気拡散が妨げられない限り、ヒートポンプの性能を向上させることができる。
本発明のコーティング材料の多孔質構造は、コーティング自体の内部での水蒸気の拡散を損なうことなく、厚い層厚を有するコーティングを製造することを可能にする。従って、本発明のコーティング材料では、吸着効率に関する厚い層厚の利点と、吸着速度に関する薄い層厚の利点とを組み合わせることができる。
本発明のコーティング材料は、高度の機械的柔軟性を有し、これは、コーティングプロセス中に発生する引張応力を吸収することができ、従って、コーティング材料の吸着特性を向上することができる。従って、本発明のコーティング材料では、吸着ヒートポンプのライフサイクル中に熱交換器上の材料が曝される熱機械的応力に関してコーティングの安定性を高めることも可能である。さらに、従来の材料と比較して、本発明のコーティング材料の高度な柔軟性は、輸送中、設置中、又は可動ヒートポンプモジュールで発生する損傷を低減することを可能にする。
全体として、本発明のコーティング材料は、機械的抵抗の観点からも、電気化学的及び湿熱的安定性の観点からも、高い耐性を有することを特徴とする。
上記のように、混合物中の水素化物とヒドロキシル官能化シロキサン化合物の比は、最適なマトリックス形成及び吸着材料との架橋を確実にするために、０～４、より好ましくは１．５～２．５の間の値に設定される。
コーティング材料は、２～２０重量％、より好ましくは２～１５重量％のヒドロキシル末端シロキサンを含むことが好ましい。コーティング材料が、１５重量％未満、より好ましくは１０重量％未満の、少なくとも３つの官能性水素化物を有するシロキサン、及び／又は７重量％未満の少なくとも３つの加水分解性基を有するシランを含むことが好ましい。コーティング材料中の吸着材料の量は、好ましくは１０～６０重量％、より好ましくは２０～５０重量％、さらに好ましくは２５～４０重量％の範囲にあり得る。
本発明のコーティング材料は、１０～７０重量％の有機溶媒を含む。溶媒含有量が少ないと、コーティング材料の粘度が過度に高くなり、極端な場合、ディップコーティングが不可能になる。一方、溶媒含有量が多すぎると、細孔のないコーティングが形成され、コーティング材料の吸着特性が損なわれる。このため、コーティング材料中の溶媒の割合は、１０～７０重量％、好ましくは４０～５０重量％である。
吸着材料の割合は、用途によって異なる。上記のように、最大８０重量％の吸着材料含有量を官能化シリカゲルで達成することができる。活性炭や塩水和物などの吸着材料も、コーティング材料中に最大８０重量％の割合に達することができる。
十分なポットライフと良好な塗布特性の両方を達成するために、触媒の量は、０．１～６重量％、好ましくは０．１～５重量％、より好ましくは０．１～３重量％である。触媒の投与量が比較的少ないため、最大１０分のポットライフを達成でき、これは、ポットライフが通常２分以下である従来の比較コーティング材料に比べて大幅に改善されている。
触媒の量もコーティングの多孔性に影響を与える。上記のように、触媒は、マトリックス形成成分間、及びマトリックス形成成分と吸着材料との間の脱水素反応を引き起こす。結果として生じるガス、主に水素は、コーティング材料内に気泡を形成させ、それがコーティング材料の構造に影響を与える。その結果、泡のような多孔質構造が得られ、その多孔度は触媒の量によって影響を受ける可能性がある。
本発明のコーティング材料はまた、好ましくは、上記の製造方法に関連して述べた、以下に再度説明される物質組成特性を有する。結果として得られる利点は、それぞれ上記の利点に対応している。
好ましい一実施形態において、ヒドロキシル末端シロキサンは、シラノール末端ポリジメチルシロキサン、シラノール末端ジフェニルシロキサンとジメチルシロキサンとの共重合体、シラノール末端ポリジフェニルシロキサン、シラノール末端メチルフェニルポリシロキサン、シラノール末端ポリトリフルオロプロピルメチルシロキサン、ポリ（ジメチルシロキサン）、ビス（ヒドロキシアルキル）末端ポリジメチルシロキサン、ヒドロキシプロピル末端ポリジメチルシロキサン、又は前記物質の混合物から製造される。
別の好ましい実施形態では、前記少なくとも３つの官能性水素化物を有するシロキサンは、以下から形成される：水素化物末端ポリジメチルシロキサン；単分散水素化物末端ポリジメチルシロキサン；ポリメチルヒドロシロキサン、トリメチルシロキシ末端；メチルヒドロシロキサン－ジメチルシロキサン共重合体、トリメチルシロキシ末端；メチルヒドロシロキサン－ジメチルシロキサン共重合体、水素化物末端；メチルヒドロシロキサン－フェニルメチルシロキサン共重合体、水素化物末端；又は水素化物末端メチルヒドロシロキサンとオクチルメチルシロキサンとの共重合体及び／又は三元重合体；又は前記物質の混合物。
さらに、有機溶媒は、水を含まないか、又は実質的に無水であることが好ましい。有機溶媒は、好ましくは、エタノール、アセトン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、又はジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、又はそれらの混合物、特に好ましくは、エタノールとアセトンの混合物からなる。
吸着材料が、シリカゲル、活性炭、塩水和物、ＭＯＦ、及び／又はゼオライトを含むことも好ましい。吸着材料は、より好ましくは、混合物に添加される前に官能化されるシリカゲルを含む。
熱伝導性フィラーは、グラファイト、特に、グラファイト粉末、カーボンナノチューブ、グラフェン、銅粉末、及び／又はアルミニウム粉末を含むことも好ましい。
触媒は、ビス（２－エチルヘキサノエート）スズ、ジブチルジラウリルスズ、オクト酸亜鉛、オクト酸鉄、及び／又は金属塩を含むことも好ましい。
また、本発明に関連して特定されるのは、装置をコーティングする方法であって、以下のステップを含む：
前記方法によって製造されたコーティング材料又は前記コーティング材料を提供するステップ；
前記装置に前記コーティング材料を塗布してコーティングを形成するステップ；
前記コーティングを乾燥させるステップ；及び
前記コーティングを硬化させるステップ。
前記方法によって製造されたコーティング材料又は前記コーティング材料を提供するステップ；
前記装置に前記コーティング材料を塗布してコーティングを形成するステップ；
前記コーティングを乾燥させるステップ；及び
前記コーティングを硬化させるステップ。
本発明の装置をコーティングする方法はまた、工業的コーティング方法によって迅速かつ安価に実行することができる。コーティングの層厚は、ほぼ自由に選択可能であり、塗布方法とコーティング材料の粘度によって簡単に設定できる。
コーティング材料の塗布は、好ましくは、噴霧、ディップコーティング、又は注入によって行うことができる。塗布方法に応じて、コーティング材料の粘度は、有機溶媒の濃度により適切に調整することができる。ディップコーティングはまた、複数の連続するディッピングステップで行うこともできる。
コーティングの乾燥は、好ましくは、室温で１時間以上行われる。乾燥プロセスにより、コーティングの硬化中に欠陥やマクロバブルの形成を防ぐことができる。有機溶媒の約３０％が乾燥過程で蒸発する。
コーティングの硬化は、５０～１００℃の間の温度で、好ましくは８０℃で、２４時間以上行われることが好ましい。硬化中の温度が低いと、コーティング内の小さな気泡や高密度の多孔質コーティングが促進する。これにより、閉じた気泡構造が得られる。硬化中の温度が高いと、大きな気泡と低密度の多孔質コーティングを促進する。
硬化後、後硬化ステップは、６０～１５０℃の間の温度で、３～４８時間、好ましくは９０℃で３時間、真空下、又は室温で２週間で実施することができる。従って、すべての非反応性化合物の完全なガス放出を達成することができる。
硬化ステップ（すなわち、コーティングの硬化及び／又は後硬化ステップ）は、好ましくは、４０～１１０℃の間の温度で実施される。これにより、シラン－シロキサンマトリックスでの結合の形成が改善され、多孔質構造のより迅速な形成が可能になる。
さらに、コーティングの厚さは、好ましくは０．０５～２．０ｍｍである。これらの層の厚さで、最適な熱伝達と水蒸気拡散を達成することができる。
また、本発明に関連して特定されるのは、上記の方法によって製造されたコーティング材料又は上記のようなコーティング材料で作られたコーティングを有する熱交換器であり、熱交換器は、上記のような装置をコーティングする方法によってコーティングされることが好ましい。本発明の熱交換器は、良好な吸着特性、高い機械的安定性、低い腐食感受性、及び安価な製造を特徴とする。
本発明のさらに有利な実施形態は、従属請求項から明らかになるであろう。
本発明の方法に関して説明されるように、コーティング材料が製造される混合物の特徴及び利点は、本発明のコーティング材料にも適用されることに再度留意されたい。同様に、コーティング材料の記載された特徴及び利点、特にその組成に関する詳細は、コーティング材料の製造方法に適用可能である。
本発明はまた、図面に基づいてより詳細に説明されるさらなる特徴及び利点に関して以下に説明される。
図では：
図１は、参照吸着材料と比較した、本発明のコーティング材料の吸着曲線を示す。
図１は、参照吸着材料と比較した、本発明のコーティング材料の吸着曲線を示す。
本発明のコーティング材料を製造するために、２～４０重量％のヒドロキシル末端シロキサン、及び２０重量％未満の少なくとも３つの官能性水素化物を有するシロキサン、及び１０重量％未満の少なくとも３つの加水分解性基を有するシランは、最初のステップで互いに混合される。ここで、また以下においても、重量による比率は、常に最終製品の総質量に関連している。ヒドロキシル末端シロキサンは、シリコン含有多孔質マトリックスを形成するために提供されるモノマーである。水素化物末端シロキサン及び加水分解性基を備えたシランは、ヒドロキシル末端シロキサンの硬化剤又は架橋剤として機能する。
マトリックス形成成分の最適な架橋を達成するために、モノマー及び硬化剤の量は、水素化物とヒドロキシル官能化シロキサン化合物の比が０～４の間の値となるように選択される。前記値は、１．５～２．５であることが特に好ましい。
さらなるステップにおいて、１０～７０重量％、好ましくは４０～５０重量％の無水有機溶媒が混合物に添加される。混合物は、例えば、機械的攪拌によって均質化される。無水有機溶媒を使用する結果として、混合物の均質化が容易になる。
その後、混合物に、吸着材料、及び任意で熱伝導性フィラーが添加される。次に、均一になるまで混合物を混合する。これには通常、２分間の機械的攪拌プロセスで十分である。
最後に、触媒を混合物に加え、約１～２分間激しく攪拌する。このようにして製造されたコーティング材料は、瓶詰めするか、熱交換器に直接塗布することができる。
熱交換器へのコーティング材料の塗布は、噴霧、ディップコーティング、注入、又は別の方法によって行うことができる。所望の厚さに塗布された後、乾燥ステップが室温で実行される。この間に、有機溶媒の約３０％が蒸発する。所望の溶媒蒸発を達成するために、乾燥工程には通常約１時間で十分である。
コーティングの内部で最終的な硬化と気泡の形成を達成するために、硬化ステップは、低温で、５０～１００℃、好ましくは８０℃で、２４時間行われる。硬化温度が低いと、小さな気泡の形成が促進されるため、細孔径が小さく密度が高いコーティングが形成される。硬化温度が高いと、大きな気泡の形成が促進されるため、細孔径が大きく密度が低い多孔質コーティングが形成される。
すべての非反応性化合物の完全なガス放出を確実にするために、６０～１５０℃の間の温度範囲で後硬化を６～４８時間実行することができる。あるいは、効果は劣るが、安価な代替手段として、後硬化の目的で、室温で２週間保管することもできる。
図１は、純粋なＳＡＰＯ－３４粉末の吸着材料と比較した、吸着材料としてＳＡＰＯ－３４を含む本発明の上記コーティングの測定された吸着曲線を示す。いずれの場合も、重量％単位の吸着容量が、温度に対してプロットされる。使用した吸着剤は、１１ｍｂａｒの圧力の水であった。コーティングは、純粋なＳＡＰＯ－３４と非常によく似た吸着曲線で、優れた吸着性を示す。コーティングの最大吸着容量は、２５．２重量％である。この値は、コーティング材料に吸着材料として８０重量％のＳＡＰＯ－３４を含むコーティングで達成され、純粋なＳＡＰＯ－３４粉末の最大吸着容量（３１．７重量％）よりも約２０％低くなっている。これは、本発明のコーティング材料で達成できる優れた吸着特性を証明している。
図１の吸着曲線の実質的に一致するコースは、シラノール－シロキサンマトリックスの架橋がコーティング材料の吸着容量に大きな影響を与えないが、代わりに、コーティング中の構造を主に安定化させ、熱交換器上でコーティング材料を使用する場合に高効率を達成できることをさらに示す。これらの特性は、他の吸着材料（図示せず）でも達成することができ、本発明のコーティング材料の高度な柔軟性を証明する。
本発明のコーティング材料は、広い温度範囲での幅広い用途に適しており、例えば、除湿、空調又は水蒸気吸着の分野で使用することができる。吸着材料は、用途に応じて適宜選択することができる。
また、コーティング材料は、水蒸気に対して親水性であるが、液相中の水に対しては疎水性である。これらの特性のおかげで、本発明のコーティング材料は、腐食問題と生物付着問題の両方を防ぐことができるので、結露が起こり得るシステムに最適である。
Claims (33)
- コーティング材料の製造方法であって：
ヒドロキシル末端シロキサン、及び
少なくとも３つの官能性水素化物（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｈｙｄｒｉｄｅｓ）を有するシロキサン、及び／又は少なくとも３つの加水分解性基を有するシラン
の混合物を製造するステップ；
前記混合物に有機溶媒を添加するステップ；
前記混合物を均質化するステップ；
前記混合物に吸着材料を添加するステップ；及び
前記混合物に触媒を添加するステップ、とを含む製造方法。 - 前記ヒドロキシル末端シロキサンが、シラノール末端ポリジメチルシロキサン、シラノール末端ジフェニルシロキサンとジメチルシロキサンとの共重合体、シラノール末端ポリジフェニルシロキサン、シラノール末端メチルフェニルポリシロキサン、シラノール末端ポリトリフルオロプロピルメチルシロキサン、ポリ（ジメチルシロキサン）、ビス（ヒドロキシアルキル）末端ポリジメチルシロキサン、ヒドロキシプロピル末端ポリジメチルシロキサン、又は前記物質の混合物から製造される、請求項１に記載の製造方法。
- 前記少なくとも３つの官能性水素化物を有するシロキサンが、水素化物末端（ｈｙｄｒｉｄｅ－ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ）ポリジメチルシロキサン；単分散水素化物末端ポリジメチルシロキサン；ポリメチルヒドロシロキサン、トリメチルシロキシ末端；メチルヒドロシロキサン－ジメチルシロキサン共重合体、トリメチルシロキシ末端；メチルヒドロシロキサン－ジメチルシロキサン共重合体、水素化物末端；メチルヒドロシロキサン－フェニルメチルシロキサン共重合体、水素化物末端；又は水素化物末端メチルヒドロシロキサンとオクチルメチルシロキサンとの共重合体、及び／又は三元重合体；又は前記物質の混合物から形成される、請求項１又は２に記載の製造方法。
- 前記混合物中における水素化物のヒドロキシル官能化シロキサン化合物（ｈｙｄｒｏｘｙｌ－ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ ｓｉｌｏｘａｎｅ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）に対する比が、０～４である、請求項１～３のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記有機溶媒が、水を含まないか、又は実質的に無水である、請求項１～４のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記有機溶媒が、エタノール、アセトン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）もしくはジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、又はそれらの混合物、好ましくはエタノールとアセトンとの混合物からなる、請求項１～５のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記吸着材料が、遊離ヒドロキシル基を有する固体吸着剤、シリカゲル、活性炭、塩水和物、ＭＯＦ（金属有機構造体）、及び／又はゼオライトを含有する、請求項１～６のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記吸着材料が、前記混合物に添加される前に官能化されたシリカゲルを含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記混合物に熱伝導性フィラーを添加することを含む、請求項１～８のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記熱伝導性フィラーが、グラファイト、特にグラファイト粉末、カーボンナノチューブ、グラフェン、銅粉末、及び／又はアルミニウム粉末を含有する、請求項９に記載の製造方法。
- 前記触媒が、ビス（２－エチルヘキサノエート）スズ、ジブチルジラウリルスズ、オクタン酸亜鉛、オクタン酸鉄、及び／又は金属塩を含有する、請求項１～１０のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記吸着材料を混合物に添加するステップが、前記混合物を２分以上撹拌することを含む、請求項１～１１のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記触媒を混合物に添加するステップが、前記混合物を２分間以上撹拌することを含む、請求項１～１２のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記混合物中における前記触媒の割合が、０．１～６重量％、好ましくは０．１～５重量％、より好ましくは０．１～３重量％である、請求項１～１３のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記混合物中における前記熱伝導性フィラーの割合が、２０重量％未満、好ましくは７．５重量％である、請求項１～１４のいずれか一項、特に、請求項９～１４のいずれか一項に記載の製造方法。
- 好ましくは請求項１～１５のいずれか一項に記載の方法によって製造されたコーティング材料であって：
２～４０重量％のヒドロキシル末端シロキサン、
２０重量％未満の少なくとも３つの官能性水素化物を有するシロキサン、及び／又は、１０重量％未満の少なくとも３つの加水分解性基を有するシラン、
１０～７０重量％の有機溶媒、
５～８５重量％の吸着材料、
０．１～６重量％、好ましくは０．１～５重量％、より好ましくは０．１～３重量％の触媒、及び
任意で、２０重量％未満、好ましくは７．５重量％の熱伝導性フィラー、
からなり、残部が不可避の不純物である、コーティング材料。 - 前記ヒドロキシル末端シロキサンが、シラノール末端ポリジメチルシロキサン、シラノール末端ジフェニルシロキサンとジメチルシロキサンとの共重合体、シラノール末端ポリジフェニルシロキサン、シラノール末端メチルフェニルポリシロキサン、シラノール末端ポリトリフルオロプロピルメチルシロキサン、ポリ（ジメチルシロキサン）、ビス（ヒドロキシアルキル）末端ポリジメチルシロキサン、ヒドロキシプロピル末端ポリジメチルシロキサン、又は前記物質の混合物から製造される、請求項１６に記載のコーティング材料。
- 前記少なくとも３つの官能性水素化物を有するシロキサンが、水素化物末端ポリジメチルシロキサン；単分散水素化物末端ポリジメチルシロキサン；ポリメチルヒドロシロキサン、トリメチルシロキシ末端；メチルヒドロシロキサン－ジメチルシロキサン共重合体、トリメチルシロキシ末端；メチルヒドロシロキサン－ジメチルシロキサン共重合体、水素化物末端；メチルヒドロシロキサン－フェニルメチルシロキサン共重合体、水素化物末端；又は水素化物末端メチルヒドロシロキサンとオクチルメチルシロキサンとの共重合体及び／又は三元重合体；又は前記物質の混合物から形成される、請求項１６又は１７に記載のコーティング材料。
- 前記混合物における水素化物のヒドロキシル官能化シロキサン化合物に対する比が、０～４である、請求項１６～１８のいずれか一項に記載のコーティング材料。
- 前記有機溶媒が、水を含まないか、又は実質的に無水である、請求項１６～１９のいずれか一項に記載のコーティング材料。
- 前記有機溶媒が、エタノール、アセトン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）もしくはジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、又はそれらの混合物、好ましくはエタノールとアセトンとの混合物からなる、請求項１６～２０のいずれか一項に記載のコーティング材料。
- 前記吸着材料が、シリカゲル、活性炭、塩水和物、ＭＯＦ、及び／又はゼオライトを含む、請求項１６～２１のいずれか一項に記載のコーティング材料。
- 前記吸着材料が、前記混合物に添加される前に官能化されたシリカゲルを含む、請求項１６～２２のいずれか一項に記載のコーティング材料。
- 前記熱伝導性フィラーが、グラファイト、特にグラファイト粉末、カーボンナノチューブ、グラフェン、銅粉末、及び／又はアルミニウム粉末を含む、請求項１６～２３のいずれか一項に記載のコーティング材料。
- 前記触媒が、ビス（２－エチルヘキサノエート）スズ、ジブチルジラウリルスズ、オクタン酸亜鉛、オクタン酸鉄、及び／又は金属塩を含む、請求項１６～２４のいずれか一項に記載のコーティング材料。
- 装置、特に熱交換器をコーティングする方法であって、
請求項１～１５のいずれか一項に記載の方法によって製造されたコーティング材料又は請求項１６～２５のいずれか一項に記載のコーティング材料を提供するステップ；
前記装置に前記コーティング材料を塗布してコーティングを形成するステップ；
前記コーティングを乾燥させるステップ；及び
前記コーティングを硬化させるステップ、とを含む方法。 - 前記コーティング材料の塗布が、噴霧、ディップコーティング、又は注入によって行われる、請求項２６に記載の方法。
- 前記コーティングの乾燥が、室温で１時間以上行われる、請求項２６又は２７に記載の方法。
- 前記コーティングの硬化が、５０～１００℃の温度、好ましくは８０℃で、２４時間以上行われる、請求項２６～２８のいずれか一項に記載の方法。
- 前記硬化後、真空下、６０～１５０℃の温度で３～４８時間、好ましくは９０℃で３時間、又は室温で２週間、後硬化ステップが行われる、請求項２６～２９のいずれか一項に記載の方法。
- 前記硬化ステップが、４０～１１０℃の温度で行われる、請求項２６～３０のいずれか一項に記載の方法。
- 前記コーティングの厚さが、０．０５～２．０ｍｍである、請求項２６～３１のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項１～１５のいずれか一項に記載の方法によって製造されたコーティング材料、又は請求項１６～２５のいずれか一項に記載のコーティング材料からなるコーティングを有する熱交換器であって、前記熱交換器が、好ましくは、請求項２６～３２のいずれか一項に記載の方法によってコーティングされる、熱交換器。
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