JP2520308B2 - 親水性表面処理剤、親水性表面処理浴及びアルミニウム材の表面処理方法 - Google Patents
親水性表面処理剤、親水性表面処理浴及びアルミニウム材の表面処理方法Info
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Description
性表面処理材、親水性表面処理浴及びそれを用いた表面
処理方法に関し、更に詳しくは熱交換器のアルミニウム
製フィン等のアルミニウム材の耐食性及び親水性を有す
る皮膜を形成せしめる親水性表面処理剤、親水性表面処
理浴及びこれを用いた表面処理方法に関する。
よび熱伝導性を有し、熱交換器に広く利用されている。
空調システムの普及に伴って冷房、除湿及び冷暖房兼用
型空調機が増加し、これらの空調機の熱交換部には一般
にアルミニウム合金製フィンが使用されている、 空調機の冷房運転時に空気中の水分はフィン表面に凝
縮水として付着する傾向がある。これを防止するために
フィン方面を撥水性にすることが考えられるが、そうす
ると凝縮水はフィン上に半球状に付着したり、フィン間
にブリッジ状に存在することになり、空気のスムーズな
流れを妨げ、通風抵抗を増大させる。このようにフィン
方面を撥水性にすることは逆に熱交換効率を低下させる
ことになる。
いるが、凝縮水がフィン表面に長期間滞留すると、酸素
濃淡電池の形成あるいは大気中の汚染成分が次第に付
着、濃縮されて水和反応や腐食反応が促進される。この
腐食生成物はフィン表面に堆積し、熱交換特性を害する
ことは勿論であるが、公知の暖房運転時には、白い微粉
となって送風機により温風と共に排出される。
食性を向上させると同時に、その表面の親水性をも増大
させることを目的として、上記両性質を兼備する皮膜を
フィン表面に形成する試みがなされている。
膜を形成させる方法とに大別される。無機質皮膜を形成
させる方法としては、例えばクロメート系化成処理によ
り耐食性皮膜を付与した後、ケイ酸塩系(特開昭56−13
078号及び同50−38645号)の親水性皮膜を形成させる方
法がある。また、ベーマイト系処理皮膜を用いる方法が
特開昭56−108071号に開示されている。しかしながら、
かかる無機質皮膜は親水性に優れているが、シリカ及び
ベーマイト皮膜特有の臭気を空調機から発して不快感が
あり、またプレコート処理に適用した場合は、カット時
に皮膜にクラックが入って耐食性が低下したり、裁断時
の工具摩耗が著しいという欠点がある。
水溶性あるいは水分酸性高分子樹脂にシリカ微粒子を配
合した水溶液を塗布した後、加熱硬化させて親水性皮膜
を形成する方法(特開昭55−99976号、同53−125437
号、同55−164264号)が代表的である。しかしシリカ微
粒子を含有しているため、プレコート処理に適用した場
合は、カット時に皮膜にクラックが入って耐食性が低下
し、また裁断時の工具摩耗が著しい。その上親水性がや
や劣り、更に軽微ながらシリカ特有の臭気を空調機から
発し、不快感があるという問題がある。なお、特開昭55
−164264号には水溶性メラミン、アルキド、ポリエステ
ル、アクリルを同一の目的に用いることが記載されてい
るが、その性能はまだ十分ではない。
面に、固形成分で、水性塗料用樹脂100重量部と、界面
活性剤5〜95重量部と、合成シリカ5〜65重量部とから
なる水性皮膜を形成し、これを120〜200℃で10〜40分間
焼き付けることにより、最終的に3〜20μmの皮膜層を
フィン表面に形成した熱交換器を開示している。この皮
膜層は、すぐれた耐食性と硬度を有するが、シリカ特有
の臭気を発する欠点を有していた。
にアルカリシリケートと、カルボニル基を有する低分子
量の有機化合物と、水溶性の高分子量有機化合物とから
なる皮膜をフィン上に焼き付けた熱交換器を開示してい
る。しかし、この皮膜にも、シリケート系物質特有の臭
気を有するという欠点がある。
二層として水溶性セルロース樹脂を設けた構造の皮膜を
有する熱交換器用のアルミニウム製フィン(特開昭61−
101798号)があるが、この皮膜は耐水溶解性に劣ってい
る。
面に耐食性皮膜として水溶性アクリル樹脂又は水溶性ウ
レタン樹脂からなる有機皮膜、若しくはクロメート皮
膜、ベーマイト皮膜又は陽極酸化皮膜からなる無機皮膜
を形成し、その上に親水性皮膜層として水溶性セルロー
ス樹脂又はポリビニルアルコールの1種又は2種からな
る有機化合物と、メラミン樹脂等の有機硬化剤とからな
る皮覆層を形成した熱交換器フィン材を開示している。
しかしながらこの親水性皮膜を親水性や耐水溶解性が不
十分である。
ルロール等の水溶性セルロース樹脂又はその変性物100
重量部に、水溶性アミノ樹脂5〜50重量部を含有させた
表面処理用樹脂組成物を開示している。ここで、水溶性
セルロース樹脂の変性物として、水溶性セルロース樹脂
とN−メチロールアクリルアミド等の親水性合成高分子
との混合物を使用しており、水溶性アミノ樹脂として、
メチル化尿素等を使用している。しかし、この組成物
は、十分な親水性と臭気(ロウ付け加工時の加熱によ
る)抑制効果をともに満たすことができない。
脂とキレートを形成するジルコニウム化合物等とから皮
膜を形成した熱交換器用アルミニウム・フィン材を開示
している。しかし、本技術にかかる組成では皮膜形成能
が劣り、また耐水性及び親水性も不十分であった。
は、十分な親水性及び耐食性を有するとともに良好な膜
強度を有し、臭気のない皮膜を得ることができないとい
う問題点がある。
性、耐溶剤性等が良好で加工時等におけるクラック発生
がなく、かつ不快臭を発生しない熱交換器のフィン等に
用いる親水性皮膜を形成するための表面処理剤、表面処
理浴、及びこれを用いた表面処理方法を提供することで
ある。
に成形加工する前に加工油を塗布し、成形加工後は溶剤
又はアルカリ脱脂液で洗浄し、エアコンに組み込まれた
後は年に1〜2回の頻度でアルカリ洗浄液で洗浄するこ
とがあるので、良好な耐アルカリ性を有することが要求
される。
耐水溶解性及び耐溶剤性が良好であるとともに、不快臭
を発生せず、耐アルカリ性が一層向上した熱交換器のフ
ィン用親水性皮膜を形成するための表面処理剤、表面処
理浴、及びこれを用いた表面処理方法を提供することで
ある。
キシメチルセルロースのナトリウム塩及び/又はカリウ
ム塩5〜25重量部と、カルボキシメチルセルロースのア
ンモニウム塩25〜50重量部と、N−メチロールアクリル
アミド25〜70重量部とからなる成分の合計100重量部に
対して、ポリアクリル酸1.5〜15重量部と、ジルコニウ
ム化合物0.6〜9重量部(Zrとして)とを含有すること
を特徴とする。
キシメチルセルロースのナトリウム塩及び/又はカリウ
ム塩5〜25重量部と、カルボキシメチルセルロースのア
ンモニウム塩25〜50重量部と、N−メチロールアクリル
アミド25〜70重量部とからなる成分の合計100重量部に
対して、ポリアクリル酸1.5〜15重量部と、ジルコニウ
ム化合物(Zrとして)0.6〜9重量部とを含有し、固形
成分の濃度が10〜200g/であることを特徴とする。
化成処理を施したアルミニウム材に、カルボキシメチル
セルロースのナトリウム塩及び/又はカリウム塩5〜25
重量部と、カルボキシメチルセルロースのアンモニウム
塩25〜50重量部と、N−メチロールアクリルアミド25〜
70重量部とからなる成分の合計100重量部に対して、ポ
リアクリル酸1.5〜15重量部とジルコニウム化合物0.6〜
9重量部(Zrとして)とを含有する親水性表面処理剤で
処理することを特徴とする。
として使用するカルボキシメチルセルロースとしては重
合度30〜800のものを使用する。重合度が30未満である
と耐水溶解性が低く、また800を超えると高粘度にな
り、作業性が低下する。好ましい重合度は80〜500であ
る。
ウム塩は親水性を付与する作用を有する。この作用を有
効に発揮するためには親水性表面処理剤中におけるカル
ボキシメチルセルロースのナトリウム塩及び/又はカリ
ウム塩の量は5〜25重量部である。5重量未満だと親水
性(水の接触角で表わす)が低く、25重量部を超えると
臭気の問題が生じる。好ましい含有量は9〜16重量部で
ある。
を低下させる作用を有する。この作用を有効に発揮する
ためには親水性表面処理剤中におけるカルボキシメチル
セルロースのNH4塩の含有量は25〜50重量部であり、25
重量部未満だと臭気抑制効果が不十分であり、50重量部
を超えると親水性が低下する。好ましい含有量は30〜45
重量部である。
NH4塩との比率は重量で0.1:1:1である。Na塩及び/又は
K塩がNH4塩の0.1未満であると親水性が不十分であり、
逆に1を超えると臭気抑制効果が不十分となる。Na塩及
び/又はK塩/NH4塩の好ましい配合比は0.2〜0.53であ
る。
を向上させるとともに耐水溶解性を向上させる作用を有
する。N−メチロールアクリルアミドの含有量は25〜70
重量部であり、25重量部未満だと皮膜の密着性(造膜
性)及び耐水溶解性が不十分であり、70重量部を超える
と親水性が低下する。なおN−メチロールアクリルアミ
ドに対するカルボキシメチルセルロースのNa塩及び/又
はK塩とNH4塩との合計の比率は0.43〜3.0であり、0.43
未満だと親水性が不十分であり、3.0を超えると造膜性
及び耐水溶解性に劣る皮膜が形成される。好ましい比率
は0.64〜1.56である。
にポリアクリル酸と、ジルコニウム化合物とを含有する
ことを特徴とする。上記成分の合計100重量部に対し
て、ポリアクリル酸の含有量は1.5〜15重量部であり、
ジルコニウム化合物の含有量は0.6〜9重量部(Zrとし
て)である。
寄与する。ポリアクリル酸の含有量は、カルボキシメチ
ルセルロースのナトリウム塩及び/又はカリウム塩、カ
ルボキシメチルセルロースのアンモニア塩及びN−メチ
ロールアクリルアミドの合計100重量部に対して1.5〜15
重量部である。1.5重量部未満だと耐食性向上効果が不
十分であり、15重量部を超えると親水性が低下する。好
ましい含有量は2〜8重量部である。なお、本発明にお
いてポリアクリル酸は〔CH2CH−COOH〕nにより表され
る構造単位からなるものに限られず、メチル基等の置換
基を有するものも包含する。
物、酸素酸塩、有機酸塩又は錯塩で水溶性であり、かつ
処理液中で安定なものを単独又は2種以上の組合わせで
使用する。具体的には、ZrO2、ZrO2・xH2O、M2ZrO3(ジ
ルコニウム酸及び酸塩)、ZrO3・2H2O、K4ZrO4・2H2O2
・2H2O(ペリオクソジルコニウム酸塩)等の酸化物及び
その関連化合物、ZrCl2、ZrBr2、ZrI2、ZrCl3、ZrBr3、
ZrI3、ZrF4、ZrCl4、ZrBr4、ZrI4、ZrOCl2・8H2O、Zr2O
3Cl2等のハロゲン化物、Zr(NO3)4・5H2O、ZrO(N
O3)2・2H2O、Zr(SO4)2、Zr(SO4)2・4H2O、ZrO
(SO4)、ZrO(H2PO4)2、ZrP2O7、ZrSiO4、ZrCO4・Zr
O2・8H2O(塩基性炭酸ジルコニウム)等の酸素酸塩、Zr
(CH3CO2)4、ZrO(CH3CO2)2等の有機酸塩、M2[ZrF
6](ヘキサフルオロジルコニウム酸及び酸塩)、M4[Z
rF8](オクタフルオロジルコニウム(IV)酸及び酸
塩)、M4[Zr(C2O4)4](テトラオクサラトジルコニ
ウム(IV)酸及び酸塩)、(C5H5)2ZrBr2等の酸及び錯
塩が使用可能である。ただし、Mはアルカリ金属を示
す。特に好ましいジルコニウム化合物は、ヘキサフルオ
ロジルコニウム酸及び酸塩、オクタフルオロジルコニウ
ム酸及び酸塩、テトラオクサラトジルコニウム塩等であ
り、また酸素酸塩では塩基性炭酸ジルコニウム、硝酸ジ
ルコニウム、硫酸ジルコニウム等である。
シメチルセルロースのナトリウルム塩及び/又はカリウ
ム塩、カルボキシメチルセルロースのアンモニウム塩、
及びN−メチロールアクリルアミドの合計100重量部に
対して0.6〜9重量部である。0.6重量部未満だと耐アル
カリ性及び耐食性の向上効果が不十分であり、9重量部
を超えると処理液粘度が上昇し、塗布作業が困難とな
る。好ましくは1〜5重量部である。
し、所定の割合で複合添加することにより大きな効果が
得られる。一般にポリアクリル酸/ジルコニウム化合物
のZrの比率は、重量で0.17〜25であるのが好ましく、こ
の範囲内において耐食性及び耐アルカリ性の向上効果が
大きい。好ましいポリアクリル酸/ジルコニウム化合物
のZrの比率は0.4〜8である。
面活性剤、防カビ剤、防腐剤等を含有してもよい。
ン系があるが、親水性持続性及び塗布作業性の観点から
アニオン系が好ましい。アニオン系界面活性剤として、
アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、アルキルジフ
ェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム、アルキルナフ
タレンスルホン酸ナトリウム、ナフタレンスルホン酸−
ホルマリン縮合物のナトリウム塩等を使用することがで
きる。アニオン系界面活性剤の添加量は1〜10重量部で
あり、1重量部未満だと添加効果が不十分であり、10重
量部を超えると耐水溶解性が低下する。
窒素硫黄化合物、含ハロゲン窒素硫黄化合物、1,2−ベ
ンズイソチアゾリン−3−オン(BIT)、有機ヨウ素系
化合物、ベンズイミダゾール系化合物等を使用すること
ができる。添加量は0.15〜1.5重量部であるのが好まし
い。
ができる。フッ酸は、脱脂後耐食性被膜を形成せずに直
接親水化処理を施す場合、造膜性を向上し、耐食性、耐
アルカリ性を向上する作用がある。フッ酸の添加量は、
親水性被膜が乾燥被膜で0.05〜0.5g/m2になるように濃
度調整された処理液中で2.5〜100ppmである。2.5ppm未
満では効果がなく、100mmpを超えてもそれに見合う効果
の向上がない。
処理浴は、親水性表面処理剤を適宜希釈して製造する。
表面処理浴の濃度は、浸漬法、スプレー法、刷毛塗り法
等によりアルミニウム材表面に0.05〜0.5g/m2の親水性
皮膜を形成することが可能な濃度とする。一般には表面
処理浴中の固形成分の濃度が10〜200g/となるように
調整する。塗装作業中に浴液の成分が変化するようであ
れば、初期の組成を維持するように適宜成分の追加を行
う。
脂処理を行う。脱脂処理としてはトリクロルエチレン、
パークロルエチレン、カソリン、ノルマルヘキサン等に
よる溶剤脱脂と、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、
ケイ酸ナトリウム、リン酸ナトリウム等のアルカリ溶液
によるアルカリ脱脂のいずれでもよい。
しい。耐食性皮膜はクロメート処理により得ることがで
きる。クロメート処理は無水クロム酸と硫酸、硝酸、フ
ッ酸、リン酸等に添加剤を加えて調整された処理液によ
り行う。無機酸としてリン酸を処理するリン酸クロメー
ト系と、その他の酸を用いるクロミウムクロメート系と
があるが、後者の方が耐食性が良好である。クロメート
処理は処理液中への浸漬や、処理液のスプレー等により
行うことができるが、複雑な形状の熱交換器のフィンに
対しては浸漬法が簡便で好ましい。クロメート処理によ
り得られる耐食性皮膜はCr量で3〜50mg/m2である。3mg
/m2未満だと耐食性が不十分であり、50mg/m2を超えると
親水性皮膜との反応が起こって親水性が低下する。耐食
性皮膜を形成したアルミニウム材料は水洗する。水洗は
流水により10〜30秒程度行うのが好ましい。
コニウム系処理剤としてポリアクリル酸とジルコンフッ
化物との混合物等がある。この皮膜中のZr量は0.1〜40m
g/m2である。Cr量と同様にZr量が0.1mg/m2未満であると
耐食性が十分でなく、40mg/m2を超えると親水性がかえ
って低下する。ジルコニウム系処理をクロメート処理の
上に重ねて行うと一層効果が大きい。
ことにより一層良好な耐食性を付与することができる。
これにはレゾール型水溶性フェノール樹脂(フェノール
とホルマリンとのアルカリ触媒下での初期重合物)が好
ましく、例えば群栄化学(株)のレヂトップPL−2761,P
L−2717や荒川化学(株)のタマノール721,722等を使用
することができる。
ミン樹脂を含有してもよい。メラミン樹脂としてはメチ
ル化、エチル化及び/又はブチル化した水溶性メラミン
樹脂が好ましく、その含有量はフェノール樹脂50〜100
重量%に対して50重量%以下である。その他に折曲げ加
工性等の加工性や塗布作業性を向上するためにアクリル
系樹脂等を混合することができる。
度で10秒〜1分間焼付けを行う。塗膜は0.5〜2g/m2の範
囲が好ましく、0.5g/m2未満だと耐食性が不十分であ
り、2g/m2を超えると熱交換率が低下するだけでなく、
コスト高になる。
れを用いて、以上に説明した脱脂処理を施したアルミニ
ウム材上に、化成処理層を介して親水性表面処理剤を塗
布する。これにはロールコート法、バーコート法、浸漬
法、スプレー法、刷毛塗り法等が可能である。例えばロ
ールコート法による場合、塗布後150〜240℃で10秒〜1
分間乾燥することにより親水性皮膜を得る。親水性皮膜
の膜厚は塗布量で表すと0.05〜0.5g/m2であり、0.05g/m
2未満であると親水性が不十分であり、0.5g/m2を超える
とコスト高になると同時に、それに見合う効果の向上が
得られない。
キシメチルセルロースのナトリウム塩及びアンモニウム
塩、N−メチロールアクリルアミド、ポリアクリル酸及
ジルコニウム化合物を含有する親水性表面処理剤をバー
コート法で塗布し、240℃で30秒間乾燥することにより
親水性皮膜を形成した。親水性皮膜の膜厚は0.2g/m2で
あった。なお上記親水性表面処理剤は海面活性剤として
アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムを
上記必須成分の合計100重量部に対して5重量部の割合
で含有し、かつ防カビ剤としてベンズイミダゾール系化
合物及び癌窒素硫黄系化合物を各0.25重量部の割合で、
またフッ酸を、乾燥被膜重量が0.2g/m2になるように濃
度調整された処理剤中で25ppmとなる割合でそれぞれ含
有していた。
験、耐水溶解性試験、水の接触角(親水性)試験、耐食
性試験及び耐アルカリ性試験を行った。
という)を直接嗅ぐことにより臭気試験を行った。評価
基準は以下の通りである。
量から下記式により水溶解率を求めた。
水)に当て、7時間80℃で乾燥することからなるサイク
ルを5回繰り返した後で、乾燥した親水性皮膜に対して
下記の通り水滴の接触角測定を行った。
ータにより接触角を測定した。接触角の評価基準は以下
の通りである。
試験を500時間行い、その後平面部における白錆発生の
面積率で耐食性を評価した。
(日本ペイント(株)製)脱脂液中に下記の条件で浸漬
し、水道水で10秒間洗浄した後、浸漬前後の皮膜を観察
比較した。
リウム塩の代わりにカリウム塩を用いた以外同様にして
親水性皮膜を形成した。得られた親水性皮膜について同
じ試験を行った。結果を第2表に示す。
いた以外実施例1と同様にして親水性皮膜を形成した。
得られた親水性皮膜について同じ試験を行った。結果を
第2表に示す。
ルサーフ407/47(日本ペイント(株)製)によりCr量が
それぞれ3mg/m2、20mg/m2及び50mg/m2のリン酸クロメー
ト系皮膜を形成し、その上に第1表に示す組成の親水性
皮膜を形成した。試験結果をそれぞれ第2表に示す。
わりにクロミウムクロメート系化成処理剤としてアルサ
ーフ600(日本ペイント(株)製)を使用して、Cr量が
それぞれ3mg/m2、20mg/m2及び50mg/m2のクロメート系皮
膜を形成し、その上に実施例13〜17と同じ組成の親水性
皮膜を形成した。試験結果をそれぞれ第2表に示す。
ェノール樹脂系プライマー塗料としてサーフアルコート
450(日本ペイトン(株)製)を塗布・焼付けし、膜厚
がそれぞれ0.5g/m2及び2.0g/m2のプライマーを形成し
た。次いで第1表に示す組成の親水性表面処理剤により
膜厚0.2g/m2の親水性皮膜を形成した。得られた親水性
皮膜に対して上記と同じ試験を行った。結果を第2表に
示す。
第3表に示す組成の親水性表面処理剤により親水性皮膜
を形成した。得られた各サンプルの親水性皮膜に対し
て、実施例1と同じ試験を行った。結果を第4表に示
す。
処理方法によりアルミニウム材上に形成した親水性皮膜
は、良好な親水性、耐水溶解性、耐食性及び耐アルカリ
性を有するのみならず臭気が著しく抑制されており、熱
交換器用アルミニウム製フィン材等の親水化処理に好適
である。
Claims (3)
- 【請求項1】固形分換算で、カルボキシメチルセルロー
スのナトリウム塩及び/又はカリウム塩5〜25重量部
と、カルボキシメチルセルロースのアンモニウム塩25〜
50重量部と、N−メチロールアクリルアミド25〜70重量
部とからなる成分の合計100重量部に対して、ポリアク
リル酸1.5〜15重量部と、ジルコニウム化合物0.6〜9重
量部(Zrとして)とを含有することを特徴とする親水性
表面処理剤。 - 【請求項2】固形分換算で、カルボキシメチルセルロー
スのナトリウム塩及び/又はカリウム塩5〜25重量部
と、カルボキシメチルセルロースのアンモニウム塩25〜
50重量部と、N−メチロールアクリルアミド25〜70重量
部とからなる成分の合計100重量部に対して、ポリアク
リル酸1.5〜15重量部と、ジルコニウム化合物(Zrとし
て)0.6〜9重量部とを含有し、固形成分の濃度が10〜2
00g/であることを特徴とするアルミニウム材の親水性
表面処理浴。 - 【請求項3】脱脂処理を施した後に、カルボキシメチル
セルロースのナトリウム塩及び/又はカリウム塩5〜25
重量部と、カルボキシメチルセルロースのアンモニウム
塩25〜50重量部と、N−メチロールアクリルアミド25〜
70重量部とからなる成分の合計100重量部に対して、ポ
リアクリル酸1.5〜15重量部と、ジルコニウム化合物0.6
〜9重量部(Zrとして)とを含有する親水性表面処理剤
で処理することを特徴とするアルミニウム材の表面処理
方法。
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