JPH11218397A

JPH11218397A - 耐汚染性が優れた熱交換器用表面処理フィン材及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11218397A
Application number: JP2131598A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Mukai; 良和向井; Kenichi Kamiya; 憲一神谷; Yosuke Ota; 陽介太田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1998-02-02
Filing date: 1998-02-02
Publication date: 1999-08-10

Abstract

(57)【要約】【課題】長期の冷房運転後にサラダ油又は可塑剤等の
汚染物質がフィン表面に付着しても、良好な親水性を維
持することができる耐汚染性が優れた熱交換器用表面処
理フィン材及びその製造方法を提供する。【解決手段】アルミニウム又はアルミニウム合金板の
表面には、親水性皮膜が形成されており、この親水性皮
膜の表面には樹脂層が形成されている。この樹脂層は、
溶解性パラメータ値が１１．０（ｃａｌ／ｃｍ³）^0.5以
上であり、平均分子量が５０００以上である樹脂からな
るものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は表面に皮膜が形成さ
れたアルミニウム又はアルミニウム合金からなる熱交換
器用フィン材とその製造方法に関し、特に、家庭用の空
調器用フィン材として好適であり、耐汚染性が優れた熱
交換器用表面処理フィン材及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム又はアルミニウム合金材
は、熱伝導性及び成形性が優れているので、熱交換器用
フィン材として使用されている。そして、このフィン材
の表面には、腐食の発生を防止することを目的として、
防食処理が施されている。また、冷房運転時の凝縮水が
フィン間に滞留することを防止するために、水滴落下性
を向上させる表面処理又は水滴を水膜状に落下させるた
めの親水性を向上させる表面処理がフィン材に施されて
いる。

【０００３】フィン材の親水性を向上させる表面処理方
法としては、アルミニウム又はアルミニウム合金からな
るフィン材の表面に水溶性有機高分子物質とアルカリケ
イ酸塩化合物との混合物被覆層を形成する方法が開示さ
れている（特許第１７６９９７８号）。また、熱硬化性
の樹脂にシリカの微粒子を分散させた皮膜をアルミニウ
ムからなるフィン材の表面に塗布する親水化処理方法も
提案されている（特開平３−２６９０７２号公報）。更
に、セルロース及びポリビニルアルコール等の親水性有
機化合物と、メラミン樹脂、尿素樹脂又はベンゾグアナ
ミン樹脂等の有機硬化剤とを混合したものをアルミニウ
ム板の表面に塗膜することにより、フィン材表面に親水
性皮膜を形成する方法がある（特公平５−１５１７６号
公報）。

【０００４】更にまた、ポリオキシアルキレン鎖を１０
重量％以上含有する水性高分子化合物と、カルボキシル
基及び水酸基を有する高分子水溶性化合物とを含有する
親水性表面処理水溶液を塗布することにより、フィン材
表面に親水性表面処理皮膜を形成する方法が提案されて
いる（特開平７−１０２１８９号公報）。他に、分子量
が５００以上の特定のエポキシ系架橋剤と重合度が５０
以上のポリビニル化合物との混合物からなる皮膜をフィ
ン材表面に形成する方法が開示されている（特開平９−
２６２８８号公報）。更にまた、特定の分子量のカルボ
キシメチルセルロースとポリエチレングリコールとを所
定の混合比で混合させた混合物をアルミニウム又はアル
ミニウム合金材の上に塗布することにより、フィン材表
面に親水性皮膜を形成する方法が提案されている（特開
平８−２６１６８８号公報）。

【０００５】ところで、近時、台所及び新築の住宅等で
エアコン等の熱交換器を使用すると、夏期の冷房運転時
に凝縮水が飛散する現象が発生している。従来の親水性
皮膜を形成した場合であっても、凝縮水が飛散した熱交
換器のフィン表面は、水濡れ性（親水性）が低下して撥
水化しており、接触角が高くなっている。

【０００６】図１は、平面上の水滴の接触角を示す模式
図である。図１に示すように、接触角θとは水滴２の表
面における平面１から立ち上がった点における接線３と
平面１とがなす角度をいい、接触角θが小さいほど水膜
が薄くなり、親水性が良好とであることを示す。

【０００７】本願発明者等は、台所で使用するサラダ油
又は種々の建材等から発生する可塑剤等の汚染物質の微
細粒子（ミスト）がフィン表面に付着することが、フィ
ン材表面を撥水化させる原因となることを見い出し、こ
のような汚染物質が付着しても親水性の低下が少ない表
面処理方法を提案した（特開平９−２７３８９２号公
報）。これは、アルミニウム又はアルミニウム合金の表
面に親水性処理皮膜を形成した後、分子内に２基のエポ
キシ基を有する皮膜を形成する方法である。このように
構成されたフィン材を使用すると、表面の皮膜が徐々に
溶解するので、従来のフィン材と比較して、汚染物質が
付着した場合であっても親水性の劣化の度合いが少なく
なると共に、凝縮水によりフィン表面が洗浄されること
によって親水性を回復することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
９−２７３８９２号公報に記載されたフィン材を使用し
ても、長期の冷房運転によりフィン表面が洗浄された
後、再度フィン表面に汚染物質が付着すると、汚染物質
の除去性が低下して親水性が低下するという問題点があ
る。従って、より一層耐汚染性が優れたフィン材の開発
が要求されている。

【０００９】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、長期の冷房運転後にサラダ油又は可塑剤等
の汚染物質がフィン表面に付着しても、良好な親水性を
維持することができる耐汚染性が優れた熱交換器用表面
処理フィン材及びその製造方法を提供することを目的と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る耐汚染性が
優れた熱交換器用表面処理フィン材は、アルミニウム又
はアルミニウム合金板と、このアルミニウム又はアルミ
ニウム合金板の表面に形成された親水性皮膜と、この親
水性皮膜の表面に形成された樹脂層を有し、前記樹脂層
は溶解性パラメータ値が１１．０（ｃａｌ／ｃｍ³）^0.5
以上であり、平均分子量が５０００以上である樹脂から
なることを特徴とする。

【００１１】このアルミニウム又はアルミニウム合金板
と前記親水性皮膜との間に、耐食性皮膜を設けていても
よい。

【００１２】本発明に係る耐汚染性が優れた熱交換器用
表面処理フィン材の製造方法は、アルミニウム又はアル
ミニウム合金板の表面に親水性皮膜を形成する工程と、
前記親水性皮膜の表面から水洗して前記親水性皮膜中の
水溶出分を除去する工程と、前記親水性皮膜の表面に溶
解性パラメータ値が１１．０（ｃａｌ／ｃｍ³）^0.5以上
であり、平均分子量が５０００以上である樹脂からなる
樹脂層を形成する工程と、を有することを特徴とする。

【００１３】本発明においては、アルミニウム又はアル
ミニウム合金板の表面に親水性皮膜を形成し、この親水
性皮膜の表面に遅溶性の樹脂層を形成する。この遅溶性
の樹脂層とは、溶解性パラメータ値が１１．０（ｃａｌ
／ｃｍ³）^0.5以上であり、平均分子量が５０００以上の
樹脂からなる層である。一般的に、溶解性パラメータ値
δが近似している２種の高分子物質は、互いに付着する
度合いが高く、これらを混合した場合に、溶解性が高く
混合されやすい。フィン表面に付着する汚染物質の溶解
性パラメータ値は、約８乃至１０（ｃａｌ／ｃｍ³）^0.5
であるのに対し、本発明において形成される樹脂層の溶
解性パラメータ値は１１．０（ｃａｌ／ｃｍ³）^0.5であ
るので、樹脂層の溶解性パラメータ値と汚染物質の溶解
性パラメータ値が異なる値になる。また、本発明におい
ては、平均分子量が５０００以上の高分子からなる樹脂
層を形成するので、この分子量の効果によって水溶出速
度が遅くなり、表面に強固に樹脂層が付着する。従っ
て、汚染物質が付着しにくいと共に、長期間優れた耐汚
染性を保持することができるフィン材を得ることができ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】本願発明者等は、耐汚染性を更に
一層向上させるために、フィン表面に汚染物質が付着し
やすい理由、及びフィン表面に汚染物質が付着した場合
に、この汚染物質を容易に除去するための方法につい
て、フィンの表面処理に使用される物質と汚染物質との
相性の点から種々実験研究を行った。その結果、フィン
表面に付着する汚染物質と、フィンの表面層を構成する
材料としての水ガラス（二酸化ケイ素）、メラミン樹
脂、尿素樹脂若しくはベンゾグアナミン樹脂等の樹脂、
又はポリエチレングリコール等のポリオキシアルキレン
系樹脂とは、溶解性パラメータ値が互いに極めて近い値
であることを見い出した。

【００１５】即ち、汚染物質であるサラダ油又は可塑剤
としてのジオクチルフタレート（ＤＯＰ）、ジブチルフ
タレート（ＤＢＰ）及びジオクチルアジペート（ＤＯ
Ａ）等の溶解性パラメータ値は約８乃至１０（ｃａｌ／
ｃｍ³）^0.5である。一方、フィンの表面層を構成する材
料としての水ガラス（二酸化ケイ素）、メラミン樹脂、
尿素樹脂若しくはベンゾグアナミン樹脂等の樹脂、又は
ポリアクリル酸若しくはポリエチレングリコール等のポ
リオキシアルキレン系樹脂の溶解性パラメータ値も約８
乃至１０（ｃａｌ／ｃｍ³）^0.5であり、両者のパラメー
タ値は極めて近い値である。

【００１６】なお、溶解性パラメータ値δとは、凝集エ
ネルギー密度ＣＥＤ（単位容量あたりの分子間ポテンシ
ャル）の平方根であり、下記数式１によって算出される
値である。

【００１７】

【数１】δ＝（ＣＥＤ）^0.5＝（Ｅ／Ｖ）^0.5 但し、Ｅ：モル蒸発熱（ｃａｌ）Ｖ：分子容（ｍｌ／ｍｏｌ）である。

【００１８】高分子物質同士を接着させる場合に、溶解
性パラメータ値δが近似していると付着の度合いが高く
なり、２種の高分子物質を混合した場合に、両者の溶解
性パラメータ値δが近似しているほど、溶解性が高く混
合されやすい。前述の如く、汚染物質の溶解性パラメー
タ値と従来のフィンの表面層を構成する材料の溶解性パ
ラメータ値とが近似した値であるので、サラダ油又はジ
オクチルフタレート（ＤＯＰ）、ジブチルフタレート
（ＤＢＰ）及びジオクチルアジペート（ＤＯＡ）等の可
塑剤は、従来のフィン材表面に付着しやすく、付着した
場合にはとれにくいものとなっている。

【００１９】このように、室内器用のエアコン等の熱交
換器用フィンにおいて、親水性が短期間で劣化する原因
は、フィンの表面層を構成している成分の溶解性パラメ
ータ値が、汚染物質の溶解性パラメータ値と近似してい
るからである。従って、サラダ油又は可塑剤等の汚染物
質の溶解性パラメータ値と著しく異なる溶解性パラメー
タ値を有する樹脂をフィンの表面層として使用すること
により、これらの汚染物質によるフィン表面の汚染を防
止することができる。

【００２０】即ち、本発明においては、アルミニウム又
はアルミニウム合金板の表面に親水性皮膜を形成し、こ
の親水性皮膜の表面に遅溶性の樹脂層を形成する。この
遅溶性の樹脂層とは、溶解性パラメータ値が１１．０
（ｃａｌ／ｃｍ³）^0.5以上であり、平均分子量が５００
０以上の樹脂からなる層である。従って、樹脂層の溶解
性パラメータ値と汚染物質の溶解性パラメータ値が異な
る値になることにより、汚染物質が付着しにくいフィン
材を得ることができる。

【００２１】本発明において、樹脂層としては、溶解性
パラメータ値が１３．６（ｃａｌ／ｃｍ³）^0.5であるポ
リアミド樹脂（水性ナイロン樹脂）、溶解性パラメータ
値が１２．６（ｃａｌ／ｃｍ³）^0.5であるポリビニルア
ルコール樹脂、溶解性パラメータ値が１４．２（ｃａｌ
／ｃｍ³）^0.5であるポリアクリルニトリル樹脂、溶解性
パラメータ値が１３．９（ｃａｌ／ｃｍ³）^0.5であるニ
トロセルロース樹脂、溶解性パラメータ値が１３．６
（ｃａｌ／ｃｍ³）^0.5であるカルボキシメチルセルロー
ス樹脂、及び溶解性パラメータ値が１１．４（ｃａｌ／
ｃｍ³）^0.5である酢酸セルロース樹脂を単独又は混合し
て使用することができる。

【００２２】また、これらの水溶性樹脂の他に、エチレ
ン、ビニルアルコール、及びアクリロニトリル等のモノ
マーの共重合体並びにブロック重合体であっても、その
溶解性パラメータ値が１１．０（ｃａｌ／ｃｍ³）^0.5以
上であれば、使用することができる。溶解性パラメータ
値が１１．０（ｃａｌ／ｃｍ³）^0.5未満であると、前述
の如く、汚染物質がフィン表面に付着しやすくなり、こ
れにより、親水性が劣化しやすくなる。

【００２３】更に、本発明において、これらの樹脂層を
構成する樹脂の分子量は、平均分子量で５０００以上で
あることが必要である。樹脂層を構成する樹脂の平均分
子量が５０００未満であると、水溶出性が高くなり、容
易に溶出されて耐汚染性の持続性が低下するからであ
る。従って、平均分子量が５０００以上の高分子からな
る樹脂層を形成することにより、この分子量の効果によ
って水溶出速度が遅くなり、表面に強固に樹脂層が付着
するので、冷房運転時の結露水によっても溶出しにくく
なり、長期間優れた耐汚染性を保持することができるフ
ィン材を得ることができる。

【００２４】なお、樹脂層を硬化して水への成分の溶出
を抑制するために、極めて微量の無機硬化剤を樹脂層中
に添加することができるが、この無機硬化剤の量が多く
なりすぎると、汚染物質の樹脂層への付着性が増加し
て、樹脂層による耐汚染性の向上効果が低下する。ま
た、エポキシ系樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂及びベン
ゾグアナミン樹脂等の有機硬化剤を樹脂層中に添加する
と、溶解パラメータ値が１１．０（ｃａｌ／ｃｍ³）^0.5
以上である樹脂が有する耐汚染性を低下させるので、好
ましくない。

【００２５】また、本発明において、樹脂層の皮膜量及
び樹脂層を形成するときの焼き付け温度は特に制限する
ものではないが、親水性及びフィン加工性を考慮する
と、約１５０乃至２５０℃の焼き付け温度で樹脂層を形
成することが好ましく、皮膜量は約０．５乃至５ｍｇ／
ｄｍ²とすることが望ましい。

【００２６】

【実施例】次に、本発明に係る耐汚染性が優れた熱交換
器用表面処理フィン材の実施例について、その比較例と
比較して具体的に説明する。先ず、板厚が０．１１０ｍ
ｍであるＪＩＳＡ１１００Ｈ２２のアルミニウム板
を準備し、このアルミニウム板の表面を種々の方法で表
面処理することにより、耐食性皮膜を形成した。この表
面処理としては、例えば、リン酸４％及びクロム酸０．
４％からなるリン酸クロメート処理（日本ペイント製ア
ルサーフ４０１／４５）、塗布型クロメート処理（日本
ペイント製サーフコート４２７）及び塗布型ジルコニウ
ム処理（サーフコート１４７／１４８）を使用した。こ
のとき、クロメート処理においては、Ｃｒが２０ｍｇ／
ｍ²となるようにＣｒ含有量を調整し、ジルコニウム処
理においては、Ｚｒが４０ｍｇ／ｍ²となるようにＺｒ
含有量を調整した。なお、塗布型の処理については、バ
ーコータを使用して塗布剤を塗装した後、２００℃の温
度で２０秒間の焼き付けを実施した。

【００２７】その後、耐食性皮膜の表面に、水ガラス系
の親水性皮膜又は樹脂系の親水性皮膜を形成した。水ガ
ラス系の親水性皮膜については、ケイ酸ソーダ４号と重
合度が４００であるポリメタクリル酸とを３：１の割合
で混合したものを耐食性皮膜の表面に塗布し、２２０℃
の温度で２０秒間焼き付けした後、１０秒間のスプレー
水洗を実施することにより、ＳｉＯ₂量で２００ｍｇ／
ｍ²の親水性皮膜を得た。樹脂系の親水性皮膜について
は、分子量が８００００であるカルボキシメチルセルロ
ース樹脂と、分子量が１００００であるポリエチレング
リコール樹脂とを１：２の割合で混合し、硬化剤として
１重量％のジルコニウム系キレート化剤（フッ化ジルコ
ニウムアンモン）を添加したものを耐食性皮膜の表面に
塗布し、２２０℃の温度で２０秒間焼き付けした後、１
０秒間のスプレー水洗を実施することにより、５００ｍ
ｇ／ｍ²の親水性皮膜を得た。

【００２８】その後、親水性皮膜の表面に、種々の溶解
性パラメータ値及び重合度を有する樹脂層材料を塗布
し、これを２００℃の温度で２０秒間焼き付けすること
により、１乃至３ｍｇ／ｄｍ²の皮膜量の樹脂層を形成
し、これらを試験片とした。

【００２９】そして、得られた試験片について、初期
（洗浄処理なし）の汚染物質付着時の試験片表面の親水
性、その後水道水によって１（リットル／分）の流量で２４
時間の流水試験をした後の親水性を評価した。また、試
験片を２４時間流水した後にドライヤーで乾燥し、試験
片表面に汚染物質を付着させたときの親水性、その後水
道水によって１（リットル／分）の流量で２４時間の流水試
験をした後の親水性について評価した。汚染物質を試験
片表面に付着させる方法としては、汚染物質としてサラ
ダ油及びフタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）を２００℃の温
度で加熱してミストを発生させ、このミストに試験片表
面を暴露する方法を使用し、これにより、約０．５ｍｇ
／ｄｍ²の汚染物質を試験片表面に付着させた後、水濡
れ性及び接触角について評価した。

【００３０】更に、汚染物質付着時の初期重量と、２４
時間の流水試験後に汚染物質のミストに１分間暴露した
後の試験片重量を測定することにより、汚染物質の付着
性について評価した。各試験片の耐食性皮膜、親水性皮
膜及び樹脂層の種類等を下記表１乃至５に示し、これら
の評価結果を下記表６乃至８に示す。なお、下記表６に
示す汚染後の付着量とは、試験片をそのまま汚染物に暴
露した場合の汚染物の付着量を示し、２４時間洗浄後の
汚染後付着量とは、試験片を流水で２４時間洗浄し、乾
燥後汚染物に暴露した場合の汚染物の付着量を示す。

【００３１】また、下記表７に示す汚染後の親水性と
は、初期（洗浄処理なし）の汚染物質付着時の試験片表
面の親水性を示し、２４時間流水後の親水性とは、その
後水道水によって１（リットル／分）の流量で２４時間の流
水試験をした後の親水性を示す。表８に示す２４時間流
水後の汚染後親水性とは、試験片を２４時間流水した後
にドライヤーで乾燥し、試験片表面に汚染物質を付着さ
せたときの親水性を示し、２４時間流水後親水性とは、
その後水道水によって１（リットル／分）の流量で２４時間
の流水試験をした後の親水性を示す。下記表７及び８に
示す水濡れ性の評価結果欄においては、水濡れ面積
（％）が１００％の場合から０％の場合までを、○、○
△、△、△×及び×の５段階で評価した。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】

【表３】

【００３５】

【表４】

【００３６】

【表５】

【００３７】

【表６】

【００３８】

【表７】

【００３９】

【表８】

【００４０】上記表１乃至８に示すように、実施例Ｎ
ｏ．１乃至８は樹脂層の溶解性パラメータ値及び平均分
子量が適切に規制されているので、汚染物質の付着量が
少なく、特に、流水後に汚染物質を付着させた場合に、
汚染物質が付着していない場合と同様のレベルである接
触角が２０゜以下まで親水性が回復した。また、２４時
間の流水後に汚染物質の付着試験を実施しても、優れた
親水性を得ることができた。

【００４１】一方、比較例Ｎｏ．９乃至１０は従来の水
ガラス系親水性皮膜又は樹脂系親水性皮膜のみを形成し
たものであり、比較例Ｎｏ．１１は水ガラス系親水性皮
膜上に、特開平９−２７３８９２号公報に開示された重
合度が６００であるポリアクリル酸カリウムと分子量が
１１８６であるエチレンポリエチレングリコールジグリ
シジルエーテルとを、１：２．５の混合比で混合させた
ものを塗布し、１０ｍｇ／ｄｍ²の皮膜量（膜厚約１μ
ｍ）で形成したものである。

【００４２】水ガラス系親水性皮膜を形成した比較例Ｎ
ｏ．９は、汚染物質の付着量が多くなり、接触角が１０
０゜を超えており、親水性の劣化度合いが大きくなっ
た。樹脂系親水性皮膜を形成した比較例Ｎｏ．１０は、
接触角は水ガラス系親水性皮膜を形成した場合と比較し
て小さくなったが、部分的に水はじきが発生しており、
接触角も５０゜を超えて劣化している。これは、樹脂が
溶出することによる親水性保持効果により接触角が低く
なるが、ポリエチレングリコールを含有するので、溶解
性パラメータ値が汚染物質と近似しており、親水性を阻
害する汚染物質の付着が多くなるからであると考えられ
る。

【００４３】比較例Ｎｏ．１１は、初期に汚染物質が付
着した場合でも、水濡れ性は良好であり、流水によって
接触角が低下して親水性は回復するが、流水後に汚染物
質が付着した場合には、樹脂系親水性皮膜を形成した比
較例Ｎｏ．１０と同等のレベルにまで親水性が劣化し、
流水後も親水性は十分に回復しなかった。これは、初期
の汚染物質付着試験においては、樹脂の溶出分の効果の
方が優れており、親水性が良好であるが、初期溶出分が
減少した後には、汚染物質と溶解性パラメータ値が近似
したポリビニル系樹脂（ポリメタクリル酸の溶解性パラ
メータ値は約９．３（ｃａｌ／ｃｍ³）^0.5の影響が大き
くなり、汚染物質が付着しやすくなると共に、除去され
にくくなったためであると考えられる。

【００４４】比較例Ｎｏ．１２及び１３は、樹脂層を構
成する樹脂の平均分子量が５０００未満であるので、初
期の汚染後親水性は良好であるが、流水後に汚染物質を
付着させたときの親水性が低下した。

【００４５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
樹脂層の溶解性パラメータ値及び平均分子量が適切に規
制されているので、長期の冷房運転後に汚染物質がフィ
ン表面に付着しても、良好な親水性を維持することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】平面上の水滴の接触角を示す模式図である。

【符号の説明】

１；平面２；水滴３；接線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム又はアルミニウム合金板
と、このアルミニウム又はアルミニウム合金板の表面に
形成された親水性皮膜と、この親水性皮膜の表面に形成
された樹脂層を有し、前記樹脂層は溶解性パラメータ値
が１１．０（ｃａｌ／ｃｍ³）^0.5以上であり、平均分子
量が５０００以上である樹脂からなることを特徴とする
耐汚染性が優れた熱交換器用表面処理フィン材。
【請求項２】前記アルミニウム又はアルミニウム合金
板と前記親水性皮膜との間に、耐食性皮膜を有すること
を特徴とする請求項１に記載の耐汚染性が優れた熱交換
器用表面処理フィン材。
【請求項３】アルミニウム又はアルミニウム合金板の
表面に親水性皮膜を形成する工程と、前記親水性皮膜の
表面から水洗して前記親水性皮膜中の水溶出分を除去す
る工程と、前記親水性皮膜の表面に溶解性パラメータ値
が１１．０（ｃａｌ／ｃｍ³）^0.5以上であり、平均分子
量が５０００以上である樹脂からなる樹脂層を形成する
工程と、を有することを特徴とする耐汚染性が優れた熱
交換器用表面処理フィン材の製造方法。