JPH0679841B2 - 熱交換器用フィン材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は室内用、室外用熱交換器あるいは自動車用ラ
ジエータ等の熱交換器に用いられるアルミニウムもしく
はアルミニウム合金製熱交換器用フィン材に関し、特に
表面に親水性の優れた被覆層を形成した熱交換器用フィ
ン材に関するものである。

従来の技術 熱交換器用フィン材としては、軽量でかつ加工性、熱伝
導性に優れたアルミニウムもしくはアルミニウム合金が
従来から広く用いられている。従来の一般的な熱交換器
用アルミニウムフィン材は、その表面に耐食性向上等の
ための表面処理を積極的に行なわずに、薄板素地をその
まま加工に供することが多かったが、このようなフィン
材では、空気中の水蒸気や使用中に冷却作用によって表
面に凝縮した水分によりアルミニウムが早期に腐食し
て、いわゆる白銹（水酸化アルミニウム）が発生する問
題があった。

そこで最近では腐食防止のために、耐食性を有する有機
塗膜または水ガラス等の無機塗膜をアルミニウムもしく
はアルミニウム合金薄板の表面に形成した熱交換器用ア
ルミニウムフィン材が使用されるようになっている。

しかしながら耐食性有機塗膜を設ければ、空気中の水蒸
気がアルミニウムフィン上で凝縮した際にその凝縮水が
ただちに流れ落ちたり薄い層として拡散したりせずに、
粗大な水滴となってフィン表面にとどまり、その水滴に
よってフィン間を空気が通過する際の抵抗、すなわち通
風抵抗が高くなり、その結果熱交換効率が低下し、また
水滴が送風によって共鳴して騒音が発生するという問題
が生じていた。一方水ガラス等の無機塗膜は、それ自体
では一般に比較的親水性に富んでいるため、粗大な水滴
を生成しにくいが、塗膜が硬質であるためにフィン成形
時に塗膜割れや剥離が生じ易く、そのため実質上親水性
が失われて通風抵抗が高くなったり、また余分な耐食性
を確保できなくなる問題があった。

有機塗膜は本質的には耐食性に優れており、かつ成形性
も無機塗膜より有利であるから、有機塗膜でも特に空気
中の水蒸気の凝縮による水滴の生成を防止し得るように
したもの、すなわち親水性に優れたものとすれば上述の
問題を一挙に解決できると考えられる。そこで本発明者
等は鋭意研究を重ねた結果、特開昭61−101798号にて開
示したように、塗膜として水溶性セルロース樹脂を用い
ることにより親水性が向上することを見出している。

発明が解決すべき問題点 前述の特開昭61−101798号に示されているように水溶性
セルロース樹脂を塗膜として用いた熱交換器用アルミニ
ウムフィン材は、親水性、成形性に優れているが、その
後さらに実験・研究を進めた結果、確かに水溶性セルロ
ース樹脂塗膜を形成した場合、従来使用されていた他の
有機塗膜を形成した場合と比較すれば親水性が格段に優
れてはいるが、未だ充分に満足できる程度とは言えず、
より一層親水性を改善して、通風抵抗をより小さくした
アルミニウムフィン材の開発が強く望まれている。

なお親水性に優れた塗膜としては、シリカやアルミナな
どの無機物質を有機樹脂に混合した塗膜を形成する技術
（特開昭54−142650号、特開昭55−99976号）が知られ
ているが、このようにシリカやアルミナなどの無機物質
を有機樹脂に混合した塗膜では、親水性は優れているも
のの、連続成形性と耐食性に劣り、特に成形時における
金型の摩耗が生じやすい問題がある。これを解決するた
めの提案として、特開昭59−185996号においては、コロ
イダルシリカ、界面活性材および水性塗料用樹脂からな
る親水性皮膜を形成した熱交換器フィン材において、コ
ロイダルシリカの含有量、皮膜厚さ、およびコロイダル
シリカの密度を適切に調整する手法が開示されている
が、たとえこのように調整しようとも、シリカ等の無機
物質を添加した塗膜では、これらの無機物質を実質的に
含有しない塗膜と比較すれば格段に成形性が劣り、成形
時の金型の摩耗等の問題を満足できる程度まで解決する
ことは困難であった。また上述の特開昭59−185996号の
技術の場合、樹脂に界面活性剤を添加して、下地に対す
る塗布性、塗膜の均一性を高めているが、このように界
面活性剤を添加した場合、樹脂として特に水溶性セルロ
ース樹脂等の水溶性樹脂を用いれば、後に改めて説明す
るように、塗膜表面の親水性は逆に低下してしまうおそ
れがあることが本願発明者等の実験により確認されてい
る。

この発明は以上の事情を背景としてなされたものであっ
て、水溶性セルロース樹脂等の水溶性樹脂を用いかつ特
にシリカ等の無機物質を混合しないタイプの親水性塗膜
を形成したフィン材として、親水性を確実かつ充分に向
上させて通風抵抗をより小さくし、しかも耐食性や成形
性も優れたアルミニウムフィン材を提供することを目的
とするものである。

問題点を解決するための手段 前述のようにフィン材の塗膜の塗料として界面活性剤を
添加しておくことは従来から行なわれているが、本発明
者等が水溶性セルロース樹脂等の水溶性樹脂からなりか
つシリカ等の無機物質を実質的に副有しない塗膜を形成
したアルミニウムフィン材について、親水性をより一層
確実かつ安定して改善する方策を見出すべく実験・検討
を重ねた結果、水溶性樹脂である水溶性セルロース樹脂
もしくはポリビニルアルコールに添加する界面活性剤と
して、疏水基部分の分子量が400以下であるような界面
活性剤を用いることによって、親水性が確実かつ充分に
向上し、通風抵抗の小さいアルミニウムフィン材が得ら
れることを見出し、この発明をなすに至ったのである。

すなわちこの発明の熱交換器用フィン材は基本的には、
アルミニウムまたはアルミニウム合金薄板を基材とし、
かつ表面に、疏水基の分子量が400以下の界面活性剤を
水溶性セルロース樹脂もしくはポリビニルアルコールの
１種または２種に添加してなる良親水性有機塗膜が形成
されていることを特徴とするものである。

ここで、、疏水基の分子量が400以下の界面活性剤とし
ては、親水基部分がリン酸基のものもしくはリン酸エス
テルのものの１種または２種を用いることが望ましい。

作 用 この発明の熱交換器用フィン材における親水性は、基本
的には水溶性樹脂としての水溶性セルロース樹脂もしく
はポリビニルアルコール有機塗膜の親水基が塗膜表面上
に並ぶために発現される。但し、その有機塗膜が塗布さ
れる下地表面、すなわちアルミニウムもしくはアルミニ
ウム合金薄板表面あるいは下塗りとして形成される耐食
性を有するアクリル樹脂等からなる下地皮膜の表面は、
一般に疏水性であるため、上述のような水溶性樹脂を単
独で塗布すれば下地表面の疏水性により水溶性樹脂が適
液状となって塗布できないか、または塗布できても塗布
時のハジキにより疏水性の下地表面が露出して親水性が
低下してしまう。そこでこのような水溶性樹脂に界面活
性剤を添加すれば、水溶性樹脂の表面張力が低下して疏
水性の下地表面に均一に塗布できるようなる。ところが
前述のように界面活性剤を親水性の水溶性樹脂に添加し
て塗膜を形成した場合、親水性の水溶性樹脂が本来発揮
すべき塗膜表面での親水性が阻害されてしまう場合があ
ることが本発明者等の実験により判明した。その原因
は、親水性樹脂塗膜中において界面活性剤の親水基が樹
脂の親水基と結合する結果、界面活性剤の疏水基が塗膜
の表側に向く形で存在し、その結果本来親水性水溶性樹
脂で得るべき塗膜表面の親水性が損なわれてしまうため
であると考えられる。

そこで本発明者等は、水溶性樹脂として水溶性セルロー
ス樹脂を用いた場合およびポリビニルアルコールを用い
た場合について、疏水基部分の分子量が異なる種々の界
面活性剤を添加して塗膜を作成し、界面活性剤の疏水基
部分の分子量と塗膜表面における水接触角との関係を調
べたところ、水溶性セルロース樹脂の場合の例について
本願の第１図に示すように、界面活性剤の疏水基部分の
分子量が小さいほど塗膜表面での水接触角が小さくなっ
て、塗膜表面の親水性が良好となることが判明した。

ここで、熱交換器用フィン剤においては、表面の水接触
角が30〜40゜以下、特に20゜以下であれば親水性が良好
と認めることができるが、界面活性剤の疏水基部分の分
子量が400以下であればこのような条件を満足し得るこ
とを見出したのである。

なお水溶性セルロース樹脂のみならず、ポリビニルアル
コールを用いた塗膜についても、疏水基部分の分子量が
400以下の界面活性剤を添加した場合に著しく親水性が
優れることが判明している。

前述のように疏水基の分子量が小さいほど塗膜表面の親
水性が良好となる理由は次のように考えられる。すなわ
ち、塗膜表面において界面活性剤の疏水基は熱運動して
おり、この熱運動により疏水基はその分子量に応じてあ
る占有面積で塗膜表面を覆う。このとき、疏水基の長い
もの、すなわち疏水基の分子量の大きいものほど塗膜表
面での熱運動による占有面積が大きく、そのため親水性
の水溶性樹脂の有する親水性を阻害する作用が大きくな
る。逆に疏水基の小さい界面活性剤では、塗膜表面での
熱運動による占有面積が小さく、水溶性樹脂の有する親
水性を阻害する程度が小さくなるのである。

前述のような知見に基づき、本願発明では、親水性の水
溶性樹脂として水溶性セルロース樹脂もしくはポリビニ
ルアルコールを用いること、またシリカ等の無機物質を
実質的に含有しない塗膜を形成すること、さらに塗布
性、塗膜均一性を向上させるために界面活性剤を用いる
ことを前提とし、特に疏水基部分の分子量が400以下で
あるような界面活性剤を選択することにより、実際に親
水性に著しく優れた塗膜を有する熱交換器用フィン材を
得ることが可能となったのである。なおここで、本願発
明による塗膜において表面の親水性を発揮する基本とな
るのは、飽くまで親水性の水溶性樹脂であり、界面活性
剤は下地に対する塗布性を良好にするために添加してい
るのであって、その界面活性剤として特に疏水基の分子
量が400以下のものを選択することによって、下地に対
する塗布性を確保しつつ、しかも界面活性剤添加により
塗膜表面での樹脂の親水性が損なわれることを最小限に
抑えて、良好な親水性を確保しているのである。

なおまた、本願発明においては、塗膜には特にシリカや
アルミナ等の無機物質を実質的に添加しておらず、した
がってこれらの無機物質に起因して、成型性を損なった
り、成型加工時の金型の激しい摩耗を招いたりするおそ
れもない。

発明の実施のための具体的な説明 この発明の熱交換器用フィン材に用いられるアルミニウ
ム薄板としては、JIS 1100、JIS 1050等の純アルミニ
ウム板、JIS 2017、JIS 2024等のAl−Cu系合金板、JI
S 3003、JIS 3004等のAl−Mn系合金板JIS 5052、JIS
5083等のAl−Mg系合金板、さらにはJIS 6061等のAl
−Mg−Si系合金板のいずれを用いても良く、またその形
状はシート及びコイルのいずれでも良い。

この発明の熱交換器用フィン材を製造するにあたって
は、上述のようなアルミニウム薄板に対して脱脂、水
洗、乾燥を行なった後、疏水基部分の分子量が400以下
である界面活性剤を添加した水溶性セルロース樹脂また
は／およびポリビニルアルコールを塗布し、さらに焼付
けを行なう。

なおこの発明では、親水性を付与するための水溶性樹脂
として、基本的には水溶性セルロース樹脂（その誘導体
を含む）、ポリビニルアルコール（その誘導体を含む）
の１種または２種を用いることが必須であるが、その他
の水溶性樹脂、例えばポリイミド樹脂、ポリアミド樹
脂、ポリメタクリル酸樹脂（その誘導体を含む）、ポリ
アクリル酸樹脂（その誘導体を含む）、ポリエチレンオ
キシド樹脂（その誘導体含む）、あるいはそれらの共重
体の１種または２種以上を、水溶性セルロース樹脂また
は／およびポリビニルアルコールに混合して用いても差
し支えない。但しその場合でも水溶性セルロース樹脂ま
たは／およびポリビニルアルコールが全水溶性樹脂の50
％以上を占めることが望ましい。

上述のような水溶性セルロース樹脂または／およびポリ
ビニルアルコール、あるいはそれにさらに他の水溶性樹
脂を混合した混合樹脂（以下これらを単に水溶性樹脂と
記す）に添加する界面活性剤は、疏水基部分の分子量が
400以下であれば良く、親水基部分の構造は、リン酸
基、スルホン酸基、カルボン酸基、アルコール性水酸
基、あるいはソルビタン等のいずれでも良く、また以上
の酸基あるいは水酸基をナトリウム、カリウム等のアル
カリ金属、マグネシウム、カルシウム等のアルカリ土類
金属、またはモノエタノールアミン等のアミン類、エタ
ノール等のアルコール類で中和し、エステルとしても良
い。但しこれ等のうちでも特に親水基部分がリン酸基も
しくはリン酸エステルであるものが最も望ましい。

水溶性樹脂への界面活性剤の添加量は0.05〜5wt％、好
ましくは0.1〜3w％の範囲内が適当である。添加量が0.0
5wt％未満では、水溶性樹脂塗布時に塗膜のハジキが生
じて、下地である疏水性のアルミニウム表面もしくは下
地皮膜表面が塗膜表面に露出し、親水性が低下してしま
うおそれがある。一方添加量が5wt％を越えれば、水溶
性樹脂の親水基と界面活性剤の親水基とが結合する割合
が増加し、塗膜表面に界面活性剤の疏水基が多数並ぶよ
うになるため、親水性が低下する。

界面活性剤を添加した水溶性樹脂を塗布した後の焼付け
処理における焼付け温度および時間は、水溶性樹脂の種
類、界面活性剤の種類および添加量によって変わるから
一義的には定められないが、通常は焼付け温度を150〜3
20℃程度、焼付け時間を５〜120秒程度とすることが好
ましい。150℃未満では硬化不足によって塗膜剥離が生
じやすく、320℃を越えれば樹脂の熱分解に伴ない親水
基が消失するおそれがある。焼付け時間が５秒未満では
硬化不良が生じ易く、また120秒以上の長時間焼付けで
も塗膜性能は変化しないから事実上意味がない。なおこ
の焼付けには熱風炉もしくは赤外炉を用いることができ
る。

なおまた界面活性剤を添加した水溶性樹脂の塗膜は、ア
ルミニウム薄板の表面に直接形成しても、あるいは耐食
性のより一層の向上のために、予めアルミニウム薄板表
面にクロメート皮膜あるいはアクリル樹脂等の耐食性下
地皮膜を形成しておき、その下地皮膜の上に形成しても
良い。

実施例 以下にこの発明の実施例を比較例とともに記す。

［実施例１］ 厚さ0.115mm、幅300mmのJIS 3003相当のアルミニウム
合金圧延板コイルについて、脱脂処理後、水洗、乾燥を
行ない、第１表中に示しているように疏水基部分の分子
量が400以下で親水基部分がリン酸基、スルホン酸基、
カルボン酸基、ソルビタン、リン酸エステル、スルホン
酸エステル、もしくはカルボン酸エステルである界面活
性剤を0.6wt％添加した水溶性セルロース樹脂を塗布
し、230℃で20秒間焼付けた。

このようにして得られた各熱交換器のフィン材につき、
共和科学製接触角計を用いて塗膜の水接触角を測定する
ことにより、親水性を評価した、 ［比較例１］ 実施例１と同様のアルミニウム合金圧延板コイルについ
て、脱脂、水洗、乾燥後第１表中に示しているように疏
水基部分の分子量が600〜5000の界面活性剤を0.6wt％添
加した水溶性セルロース樹脂を塗布し、230℃で20秒間
焼付けた後、実施例１と同様に水接触角により親水性を
評価した。

第１表中に、実施例１および比較例１の各熱交換器用フ
ィン材の塗膜の水接触角測定結果を示す。

第１表から明らかなように、疏水基部分の分子量が400
以下の界面活性剤を添加した水溶性セルロース樹脂によ
る塗膜は、いずれも水接触角が小さく、良好な親水性を
示した。

［実施例２］ 実施例１と同様なアルミニウム合金圧延板コイルに脱
脂、水洗、乾燥を施した後、第２表中に示すように疏水
基部分の分子量が400以下で親水基部分がリン酸エステ
ル、スルホン酸エステル、もしくはカルボン酸エステル
からなる界面活性剤を種々の添加量で添加した水溶性セ
ルロース樹脂を塗布し、230℃で20秒間焼付けた。そし
て実施例１と同様な方法で水接触角を調べ、塗膜の親水
性を調べた。その結果を第２表中に示す。

第２表に示されるように、疏水基の分子量400以下の界
面活性剤の添加量が0.05〜5wt％の場合には良好な親水
性が得られたのに対し、その添加量が0.05wt％未満およ
び5wt％超の場合は充分な親水性が得られなかった。0.0
5wt％未満の添加量では塗膜にはじきが生じて親水性が
低下し、また5wt％を越える添加量では水溶性セルロー
ス樹脂の親水基が有効に作用しなくなったために親水性
が低下したと考えられる。

［実施例３］ 実施例１と同様なアルミニウム合金圧延板コイルに脱
脂、水洗、乾燥を施した後、第３表中に示すように疏水
基部分の分子量が400以下で親水基部分がリン酸、リン
酸エステル、もしくはスルホン酸エステルからなる界面
活性剤を種々の添加量で添加した水溶性ポリビニルアル
コールを塗布し、230℃で20秒間焼付けた。そして実施
例１と同様な方法で水接触角を調べ、塗膜の親水性を調
べた。

その結果を第３表中に示す。

第３表から明らかなように、水溶性樹脂としてポリビニ
ルアルコールを用いた場合でも、疏水基部分の分子量が
400以下の界面活性剤を0.05〜5wt％添加した例では、優
れた親水性を示すことが判明した。

［実施例４］ 第４表中に示すように水溶性セルロース樹脂、ポリビニ
ルアルコール、およびその他の水溶性樹脂のうちの２種
以上を混合するとともに、その混合樹脂に対して疏水基
部分の分子量が400以下で親水基部分がリン酸、リン酸
エステル、もしくはスルホン酸エステルからなる界面活
性剤を添加し、これを実施例１と同様な脱脂、水洗、乾
燥後のアルミニウム圧延板に塗布し、230℃で20秒間焼
付けた。そして実施例１と同様な方法で水接触角を調
べ、塗膜の親水性を調べた。その結果を第４表中に示
す。

第４表から明らかなように、水溶性樹脂として水溶性セ
ルロース樹脂、ビニルアルコール、その他の樹脂のうち
の２種以上を混合して用いた場合でも、疏水基部分の分
子量が400以下の界面活性剤を0.05〜5wt％の範囲内で添
加することによって、優れた親水性を示すことが判明し
た。

発明の効果 この発明の熱交換器用フィン材は、表面に疏水基部分の
分子量が400以下の界面活性剤を添加した水溶性セルロ
ース樹脂または／およびポリビニルアルコールからなる
有機塗膜を形成したものであって、塗膜の塗布性・塗膜
均一性が優れると同時に塗膜表面の親水性が著しく優
れ、しかも有機塗膜の特性として耐食性および成型性に
も優れており、したがって熱交換器に使用して優れた性
能を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は水溶性セルロース樹脂に添加された界面活性剤
の疎水基の分子量と塗膜表面の水接触角との関係を示す
グラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 広前 義孝 東京都中央区日本橋室町４丁目３番18号 スカイアルミニウム株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−172197（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−185996（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−105629（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−101798（ＪＰ，Ａ) 「界面活性剤ハンドブック」，工学図書 株式会社，昭50−３−20Ｐ．40〜43

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アルミニウムまたはアルミニウム合金薄板
   を基材とし、かつ表面に、疎水基部分の分子量が400以
   下の界面活性剤を水溶性セルロース樹脂もしくはポリビ
   ニルアルコールの１種または２種に添加してなる良親水
   性有機塗膜が形成されていることを特徴とする熱交換器
   用フィン材。
2. 【請求項２】疎水基部分の分子量が400以下の前記界面
   活性剤として、親水基部分がリン酸基からなるものもし
   くはリン酸エステルからなるものの１種または２種が用
   いられている特許請求の範囲第１項記載の熱交換器用フ
   ィン材。