JP5243099B2

JP5243099B2 - アルミニウム合金被覆材

Info

Publication number: JP5243099B2
Application number: JP2008124095A
Authority: JP
Inventors: 隆宏佐藤; 美智男小林; 正次斉藤; 正裕倉田
Original assignee: Furukawa Sky Aluminum Corp
Current assignee: Furukawa Sky Aluminum Corp
Priority date: 2008-05-10
Filing date: 2008-05-10
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2028-05-10
Also published as: JP2009270181A

Description

本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金（以下単にアルミニウム合金という）の表面に超撥水性を発現させる被膜を形成させたアルミニウム合金被覆材である。

一般的な空調機用熱交換器は、アルミニウム合金からなる、アルミニウム合金フィンで熱交換をおこなっている。このアルミニウム合金フィンには、冷房運転中に空気中の水分が表面に凝縮水となって付着する。アルミニウム合金の表面は一般に親水性が乏しいため、この凝縮水は表面に半円形もしくはフィン間にブリッジ状になって存在する。このことはフィン間の空気の流れを妨げ、通風抵抗を増大させ、熱交換効率を著しく低下させる原因となっていた。
また、近年の空調機用熱交換器は、軽量化のために、熱効率の向上とコンパクト化が要求され、熱交換を行うアルミニウム合金フィンも、その間隔をでき得る限り狭くする必要があり、効果的にフィン表面の凝縮水を排除する方法が求められている。

このような課題を解決する方法として、
特許文献１のように、カルボキシメチルセルロースとポリエチレングリコールを含有する組成物を塗布し、親水性の被膜を形成させ凝縮水を薄い水膜として流下させる方法などが提案されている。
また、特許文献２のように撥水性被膜を形成し、凝縮水を表面に付着させないようにする方法が提案されている。

特開２０００−０２８２９１号公報特開Ｈ０９−２６２８６号公報

しかしながら、特許文献１で開示された親水性被膜を室外機に用いた場合、暖房運転を行った際、被膜表面に付着した水膜が凍った、多量の霜を融解させる除霜運転が必要なため即時の暖房運転ができず使い勝手の悪い製品となっていた。
また特許文献２で開示された撥水性皮膜では撥水作用が不十分であり、熱交換器に表面の結露水滴が転落せず、熱交換器表面にとどまり熱交換器に霜を形成し、前記と同様の問題を生じていた。
そこで、本発明者らは、従来技術における問題点に鑑み、熱交換機のアルミニウム合金フィン表面の凝縮水を排除することに適したアルミニウム合金被覆材を提供することを目的とする。

本発明は、Feを含有するアルミニウム合金の表面に弱アルカリ脱脂、水洗、乾燥後、リン酸を用いて、算術平均粗さＲａが０．５〜５．０μｍとなるように表面を形成し、Ｆｅ化合物を０．１ｗｔ％以上を含有し、０．００１〜１．０ｇ／ｍ２の皮膜厚さとなる第一皮膜が形成され、該第一皮膜の表面にフッ素系樹脂からなり、０．０１〜５．０ｇ／ｍ２の皮膜厚さとなる第二皮膜が形成されていることを特徴とするアルミニウム合金被覆材とした。

本発明のアルミニウム合金被覆材は、アルミニウム合金の表面に適度な粗さを付与した表面に、Ｆｅ化合物を含む第一皮膜を形成し、さらにその表面に撥水性を持つ第二皮膜を形成することで、高い撥水性を発現させ、特に熱交換機のフィン表面の凝縮水を排除することに適したアルミニウム合金被覆材とすることができる。

以下本発明を詳しく説明する。
本発明のアルミニウム材料はアルミニウム合金の表面粗度を定め、その表面に特定の金属を含有する第一被膜を形成し、その上に撥水性を有する樹脂からなる第二被膜を形成したものである。

撥水性は、水が触れる面の表面積との相関があり、表面積が増加するに従い、撥水性も増加することが知られている。そこで、表面積を増加する方法としては、撥水性被膜中に微粒子を含有する方法や、撥水性被膜の表面に凹凸を付け、表面積を増やす方法があるが、撥水性被膜に微粒子を含有した場合には微粒子が保持できず脱落したり、また、撥水性皮膜に凹凸をつけた場合には樹脂の強度が低いため凸部先端が脱落する問題がある。
本発明では、アルミニウム合金の表面に粗面化することによって表面積を増加させ、その表面に特定の金属を含有する被膜を形成し、その表面に撥水性である仕上げ被膜を形成することにより、撥水性を保持した被膜を形成することを可能としたものである。

本発明では表面を粗面化したアルミニウム合金を用いる。その表面粗度として算術平均粗さＲａを０．５〜５．０μｍにすることが好ましい。Ｒａが０．５μｍ未満であると表面粗さが不足し、その表面上に形成される樹脂皮膜の表面粗さも不足するため充分な撥水性を得ることはできない。Ｒａが５μｍより大きいと、処理時間が長く必要となり生産効率が悪く不経済である。
表面の粗面化方法として、ロールやブラシに等による粗面化法、サンドブラスト等による物理的な粗面化法、塩酸、フッ酸、リン酸等による酸系エッチング法、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム水溶液等によるアルカリ系エッチング等による粗面化法が挙げられるが、いずれの方法でも良い。

アルミニウム合金表面にＦｅ化合物を含有した第一皮膜を形成させる。本発明における第一皮膜がアルミニウム樹脂被覆材の撥水性を向上させる原理は、第一被膜中に存在するＦｅ化合物と、第二皮膜の樹脂成分における分子中の極性である官能基が優先的に結びつき、それと対極をなす撥水性に寄与する非極性である官能基が第二皮膜の表面側に配されることによる。

第一皮膜に含有させるＦｅ化合物は、ＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４、Ｆｅ（ＯＨ）_２、Ｆｅ（ＯＨ）_３、ＦｅＣＯ_３、Ｆｅ_３（ＰＯ_４）_２、ＦｅＰＯ_４を含むことにより、その効果を発揮する。これらの中でも、ＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４等の酸化鉄系及びＦｅ（ＯＨ）_２、Ｆｅ（ＯＨ）_３等の水酸化鉄を含有させることが好ましい。
第一皮膜中におけるＦｅ化合物としては、０．１ｗｔ％以上含有することにより、撥水効果を得られる。好ましくは、５ｗｔ％以上、さらには、１０ｗｔ％以上が好ましい。Ｆｅ化合物の含有量が、０．１ｗｔ％未満であると、第二皮膜中の官能基に影響を及ぼすことができず、充分な撥水効果を得ることができない。
また第一被膜にはＦｅ化合物を除く成分の限定はない。アルミニウム、マグネシウム、マンガン、ケイ素、亜鉛、チタン等のアルミニウム合金成分からなる無機系酸化物が含まれることが一般的であるが、どの成分もＦｅ化合物の作用に影響を与えない。
第一皮膜を形成させる方法としては、本発明の範囲にＦｅ化合物が含まれる皮膜が形成されれば限定はされないが、Ｆｅを含んだアルミニウム合金に酸系エッチングを行い表面に酸化鉄系化合物を析出させる方法が好ましい。
第一被膜量は、０．００１〜１ｇ／ｍ^２とする必要がある。被膜量さが０．００１ｇ／ｍ^２未満では、第二被膜を形成しても所望の撥水性が得られず、１ｇ／ｍ^２より厚いと第二被膜の塗膜密着性を得ることはできない。

第二皮膜は一般的な撥水性被膜を形成する方法で良いが、特にフッ素系塗料、シラン系塗料及びその混合物を用いることにより、撥水性、密着性とも良好な被膜を形成できる。
フッ素系塗料としては、フルオロアルキル系樹脂、フッ化エチレン樹脂等が挙げられる。シラン系塗料としては、アルキルアルコキシシラン樹脂、シランシロキサン樹脂等がある。
被膜を形成する塗布方法としては、例えば、ロールスクイズ法、ケミコーター法、ロールコーター法、エアナイフ法、浸漬法、スプレー法、静電塗装法等があげられ、乾燥は一般的な加熱法、誘電加熱法などにより行うことができる。これらの方法のうち被膜の均一性、生産性からロールコーター法が好ましい。そして、ロールコーター法としては、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。
第二被膜量は、０．０１〜５ｇ／ｍ^２とする必要がある。被膜量が０．０１ｇ／ｍ^２未満では、所望の撥水性が得られず、５ｇ／ｍ^２より厚いと撥水性が飽和して不経済となる。

製造方法は以下のようにした。
各種アルミニウム合金板（１０５０−Ｈ２４、１２００−Ｈ２４、３００４−Ｈ２４、１Ｎ９９−Ｈ１８、３００３−Ｈ２４０．１００ｍｍ厚さ）を弱アルカリ脱脂、水洗、乾燥後、所定の処理液を行い、表面処理時間を適宜変えることにより、所定の表面粗さとし、同時に第一皮膜を形成した。
第一皮膜上に、撥水性処理剤をロールコーターにて塗布・焼付けし第二皮膜を形成して、撥水性被覆アルミニウム合金板を得た。撥水性被膜の焼き付け条件は８０℃、６０秒である。得られた撥水性被覆アルミニウム合金板について、撥水性、塗膜密着性、除霜性を以下の方法で測定した。
フッ素系樹脂は、フルロテクノロジ社製フロロサーフＦＳ−３０３０ＴＨ−２．０を用いた。

〔撥水性〕
ゴニオメーターで純水の接触角を測定した。
◎ ：接触角が１３０°以上
○ ：接触角が１００°以上、１３０未満
△ ：接触角が８０゜以上、１００゜未満
× ：接触角が８０°未満

〔塗膜密着性〕
JIS H4001における付着性試験を用い、碁盤目におけるテープ剥離後の残存個数を測定した。

〔除霜性〕
雰囲気を１０℃×ＲＨ60％の恒温槽中に、-10℃に冷やしたサンプルを設置し、表面の着霜状況を目視にて観察した。
○ ：着霜無し
△ ：一部着霜有り
× ：着霜有り

表１に示すように本発明例は、いずれも撥水性、塗膜密着性、着霜に不具合は見られず、充分に性能を満足している。
比較例１では、アルミニウム合金表面の粗面化が充分でなく、Ｆｅ化合物含有する第一被膜が存在しないため、撥水性、除霜性を満足することは出来なかった。
比較例２は、第一皮膜が存在しないため、撥水性、除霜性を満足することは出来なかった。
比較例３は、第二皮膜を有していないため、撥水性、除霜性を満足することは出来なかった。
比較例４は、第二皮膜が薄すぎたため、撥水性、除霜性を満足することは出来なかった。
比較例５は、第一皮膜のＦｅ化合物の含有量が少なかったため、第二被膜を形成しても撥水性、除霜性を満足することは出来なかった。
比較例６は、第一被膜量が少なかったため、第二被膜を形成しても撥水性、除霜性を満足することは出来なかった。
比較例７は、第一被膜量が多すぎたため、第二被膜の塗膜密着性を満足することは出来なかった。

Claims

Feを含有するアルミニウム合金の表面に弱アルカリ脱脂、水洗、乾燥後、リン酸を用いて、算術平均粗さＲａが０．５〜５．０μｍとなるように表面を形成し、Ｆｅ化合物を０．１ｗｔ％以上を含有し、０．００１〜１．０ｇ／ｍ２の皮膜厚さとなる第一皮膜が形成され、該第一皮膜の表面にフッ素系樹脂からなり、０．０１〜５．０ｇ／ｍ２の皮膜厚さとなる第二皮膜が形成されていることを特徴とするアルミニウム合金被覆材。