JPS60101156A - アルミニウム製熱交換器またはそのフイン材用親水性皮膜形成剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、アルミニウム製フィン材、あるいはフィン
とチューブが組み合ゼられたアルミニウム製熱交換器な
どの表面に親水性皮膜を形成りるために用いられるノフ
ルミニウムの親水性皮膜形成剤に関づるものである。 この明細Ｆ１において、アルミニウムどは、アルミニウ
ムＪ３よびアルミニウム合金を含むものとづる。 一般に、熱交換器、どくに空気調和はの蒸発器におい

【
は、フィンの表面湿度が大気の露点以トとなるためフィ
ンの表面に水滴が１１着する。 このＪ、う＜２水滴の付着により通風抵抗が増大し、か
つＪｆｉｌ　ｆｆｉが減少して熱交換効率が低下づる。 これは熱交換器の性能向上と小形化のためにフィンピッ
チを狭くした場合とくに顕著に現われる。 熱交換効率はフィン表面の水のヌレ性が大きく影響りる
ものであり、フィン表面のヌレ性が良いとｆす看した水
が水滴となりにり）、このため通風抵抗が小さくなり、
風■も多くなって熱交換効率が増入りる。このようなフ
ィン表面のヌレ性を改良するために、従来アルミニウム
製フィンの表面に水ガラス（アルカリケイ酸塩）の皮膜
を形成する方法が提案されたく特公昭５３−４８１７７
号公報参照）。この従来の方法によれば、フィンの初期
の親水性は向上するが、この親水性は早期に劣化してし
まい、持続性に劣るという欠点があった。まＩζ水ガラ
ス皮膜は硬質であるため、とくにフィン材にこの皮膜を
形成しｌζ場合、フィン成形時のバーリング加工のさい
にフィンの屈曲部にクラックが生じ／ｊりして成形性が
悪く、また金型が摩耗し易いという欠点があった。 この発明は、上記の欠点を除去し、持続性にづぐれ、し
かも成形性が良好で、成形時の金型の摩耗が少ない親水
性皮膜をアルミニウムに形成するための親水性皮膜形成
剤を提供りることを目的としている。 この発明は、上記の目的を達成づるために、ます°第１
発明においては、アルカリケイ酸塩（△）と、ノノルボ
ニル基を有づる低分子イｊａ化合物（Ｂ）を含むことを
特徴とづる親水性皮膜形成剤Ｃある。 また第２発明は、上記第１発明にお１ノる親水竹皮ＩＩ
９形成剤にさらに水溶性有機高分子化合物（Ｃ）を配合
したしのであって、アルカリケイ酸塩（Ａ）と、カルボ
ニル基を有する低分子有機化合物（Ｂ）と、水溶性イｊ
１１高分子化合物（Ｃ）を含むことを特徴とする親水性
皮膜形成剤である。 」−記ｆｆ３１５Ｆ、明または第２発明の親水性皮膜形
成剤によってアルミニウムの表面を処理し、処理後のア
ルミニウムを加熱乾燥することによって親水性皮膜を形
成づるものである。 上記において、この発明の親水性皮膜形成剤ににっく処
理されるアルミニウムは、たとえば熱交換器用フィンを
製造するためのアルミニウム製フィン材、あるいはフィ
ンとデユープとを和み合わせたアルミニウム製熱交換器
等である。 ここで、アルミニウム製フィン材は、所要長さを有する
平板の状態で処理および加工をすることができるが、と
くにコイル状の状態で連続的に処理および加工をするの
が好適である。 上記ｊフルカリケイ１Ｊｕ（Ａ＞はアルミニウムに親水
性を与えるための主成分を構成するものであり、Ｓ　ｉ
　Ｏ２／Ｍ２０　（式中Ｍはリヂウム、ナトリウム、カ
リウム等のアルカリ金属を意味ザる）で表わされる比が
１以上のものを使用する必要がある。とくに、Ｓ　ｉ　
０２　／Ｍ２０が２〜５のアルカリ成分ｌ！ｌ１ｆｉを
用いるのが好ましい。 ここぐ、５ｉ０２／Ｍ２０の比が１未満（゛ある場合に
は、アルカリ成分に対し′Ｃ３ｉＯ２が少ないため、ノ
ノルカリ成分にＪ：るアルミニウムの浸食作用が大きく
なる。 また上記低分子有機化合物（］３）は、分子内にカルボ
ニル基（＞Ｃ＝Ｏ）を有づる低分子有機化合物であつＣ
１これはアルカリケイ酸塩（Ａ）による皮膜を安定化さ
せて、より親水性を向上さｕｌかつ皮ＩＩＱに柔軟性を
与えるものｅある。 このような低分子有機化合物（Ｂ）としては、具体的に
はアルデヒド類、エステル類、およびアミド類などがあ
げられる。 ここで、アルデヒド類としては、ホルムアルデヒド、ア
セトアルデヒド、グリオキサール、マロンジアルデヒド
、スクシンジアルデヒド、グルタルジアルデヒドおよび
フルフラールジアルデヒドなどを使用ηる。 またエステル類としては、ギ酸メチル、酢酸１チル、酢
酸メチル、酢酸１ｆル、酢酸アミル、プロピオン酸メチ
ルなどの１価アルコールの脂肪酸ニスデル、またエチレ
ングリコールジ耐酸エステル、グリセリントリ酢酸エス
テル、エチレングリコールジプロピＡン酸ニスデルなど
の多価アルコールの脂肪酸エステル、またγ−ブチロラ
クトン、ε−カプロラク１−ンなどの分子内エステル、
またエチレングリコールモノギ酸エステル、エチレング
リコールモノ酢酸エステル、エチレングリコールモノプ
ロピオン酸エステル、グリセリンモノギ酸エステル、ク
リレリンモノ１ｌｉｌ　ｆｌｕエステル、グリセリン七
ノブロビＡン酸エステル、グリセリンジギ酸エステル、
グリレリンジ酢酸１スプル、ツルどトールモノギ酸エス
テル、ソルビトールモノ酢酸エステル、Ｊ３よびグリコ
ース酸モノ酢酸エステルなどの多価アルコール部分エス
テル、またコハク酸ジメチル、マレイン酸ジメヂルなど
の多ｉＭ　基酸の１１曲アル：】−ルエステル、またエ
チレンカーボネ−１〜、プロピレンカーボネート、グリ
セリンカーボネー１〜などの環状カーボネートなどを使
用Ｊる。 またアミド類としては、ホルムアミド、ジメヂル小ルム
アミド、アセトアミド、ジメチルアＬ？　１〜アミド、
プロピオンアミド、ブチルアミド、アクリルアミド、マ
ロンジアミド、ピロリドンおＪ：びノＪブＩ’Ｊラタム
などを使用りる。 上記低分子有機化合物（Ｂ）のうちでは、均一な処理を
行なうために水溶性の化合物を使用するのが好ましく、
とくにアルデヒド類およびエステル類を使用するのが好
ましい。さらに親水性の高い皮膜が形成される点Ｃグリ
オキリ“−ルを使用づるのが望ましい。 つぎに、」：記水溶性有ａ高分子化合物（Ｃ）は、アル
カリケイ酸塩（Δ）とカルボニル基を有する低分子有機
化合物（Ｂ）とから形成された皮膜の親水性をさらに向
上させるとともに、柔軟性をも向上させるものである。 このような水溶性有機高分子化合物（Ｃ）としては、具
体的には、多糖類系天然へ分子、水溶性蛋白系天然高分
子、アニオン、非イオンあるいはｈ″ｆ−Ａン性付加重
合系水溶性合成高分子、および重縮合系水溶性高分子な
どがあげられる。 ここで、多糖類天然高分子とし′Ｃは、可溶性デンプン
、カルボキシメチルセルロースロキシエチルセルロース
、グアーガム、トラガカン１〜ゴム、ギ→Ｊ“メタノガ
ム、アルギン酸ソーダなどを使用覆る。水溶性蛋白系天
然高分子どしては、げラチンなどを使用する。 アニオンあるいは非イオン性イ」加重合系水溶竹烏分子
としては、ポリノアクリル酸、ポリアクリル酸ソーダ、
ポリアクリルアミド、これの部分加水分解物、ポリビニ
ルアルコール、ポリヒドロキシエチル７マリレー１−、
ポリビニルピロリドン、アクリル酸共重合体、マレイン
酸共重合体Ｊ３よびこれらのアルカリ金属、有機アミン
およびノノンモニ・クムの塩などを使用す′る。 また、上記のｉ＝Ｊ加Φ合系水溶性合成高分子のカルボ
：１：ジメチル化あるいはスルホン化などによる変性水
溶性合成高分子も使用できる。 カチオン性付加重合系水溶性合成高分子どしては、ポリ
エチレンイミン、ポリアクリルアミドのマンニッヒ変性
化合物、ジアクリルジメチルアルミニウムクロライド、
ポリビニルイミタゾリン、ジメチルアミノエチルアクリ
レ−１−重合体などのポリアルキルアミノ（メタ）アク
リレートなどを使用する。 重縮合系水溶性合成高分子としては、ポリオキシエチレ
ングリコール、ポリオキシエチレンオキシプロピレング
リコールなどのボアルキレンポリＡ−ル、エチレンジア
ミンまたはへキリメチルジアミンなどのボリノ７ミンと
エピクロルヒドリンとのｍ縮合物、水溶性ポリエーテル
とポリイソシアネートの重縮合された水溶性ボリークレ
タン樹脂、ポリヒドロキシメチル尿素樹脂、ポリヒドロ
キシメチルメラミン樹脂などを使用りる。 上記水溶性有機高分子化合物（Ｃ）のうちでは、カルボ
ン耐あるいはカルボン酸塩基を有づるアニオン性４ｖ　
７ＪＩＩ　Ｈ＊合元系水溶性高分子使用するのが好まし
く、とくにポリアクリル酸、アクリル酸共重合体、マレ
イン酸共重合体およびこれらのアルカリ金属塩を使用づ
るのがよい。ここで、ノアクリル酸共重合体とマレイン
酸共重合体としては、アクリル酸どマレイン酸同志の共
重合体、並びにノアクリル酸またはマレイン酸と、メタ
アクリル酸、メチルメタノ７クリ上−］−、−［プルメ
タアクリニー１−、ヒドロキシエチルメタ）′クリシー
１〜、イタコン酸、ビニルスルホン酸、アクリルノ′ミ
ドとの共重合体を使用Ｊ°るのが好ましい。 上記において、アルカリケイ酸塩（△）と、カルボニル
基を有Ｊる低分子有機化合物（Ｂ）と、水溶性有機高分
子化合物（Ｃ）との配合比は、つぎのとおりである。 まず（Ａ）→〜（Ｂ）の場合は、アルカリケイ酸塩（Ａ
）１重量部に対して、カルボニル基を有づる低分子イｊ
機化合物（Ｂ）を０．１〜５重か部の割合で配合する。 つぎに（Δ）　＋（Ｂ）＋　（Ｃ）の場合には、アルカ
リケイ酸塩（Ａ）１型出部に対して、カ０、１〜５重山
部，および水ＢＩｌｉ室有機高有機高分子化合物０１〜
５重量部の割合で配合づる。 上記において、親水性皮膜形成剤中におけるアルカリケ
イ酸塩（Ａ）の配合ｈ）が少ない場合には、アルミニウ
ムの表面に充分な親水性皮股が形成されない。またあま
り多−４ざると皮膜が硬くなりりぎ、成形性および耐金
型摩耗性が悪くなる。 まＩこカルボニル基を４４　’ｌる低分子＠機先合物（
Ｂ）がアルカリケイ酸塩（△）１重量部に対しη０．１
車ｆｔ１部未満Ｃは、低分子イｊ（ｍ化合物（１３）を
添加した効果が表われず、また５重量部をこえると、相
対的にノノルカリケイ酸塩（Δ）が少なくなるので、親
水性が充分発揮されない。 水溶性右機へ分子化合物（Ｃ）がアルカリケイ酸塩（Δ
）１重量部に対して０１０１重間部未満では、＾分子化
合物（Ｃ）を添加した効果が表われり”、また５Ｅｌｉ
ｆｆｉ部をこえると、形成される皮膜が水に溶出され易
くなり、親水性の持続効果が低トする。 ここで、アルカリケイ酸塩（Ａ＞と、カルボニル基を右
Ｊる低分子有機化合物（Ｂ）と、水溶性高分子化合物（
Ｃ）とは、水に希釈して使用りる。希釈割合は、皮膜の
親水性、膜厚おにび作業性を考慮して定める必要がある
。 アルミニウムの表面を上記渥合物の水溶液で処理Ｊ−る
にｔよ、スプレーや＄；Ｌ　ｆＪ塗りによって塗イ１」
りるか、または水溶液中に７／ルミニウムを浸漬すれば
よい。 水溶液で処理した後のアルミニウムは、５０〜２００℃
、好ましくは１５０〜１８０℃の温度で、３０秒〜３０
分の時間加熱乾燥して、表面に親水性皮膜を形成づる。 ここで、加熱乾燥湿度が５０℃未満であれば、組成物の
皮膜化が十分なされず、２００℃を越えると、それ以上
加熱しても効果がないばかりか、アルミニウムの材質に
悪影響を及ぼす。また加熱乾燥時間が３０秒未満であれ
ば、１１成物の皮膜化が十分なされず、３０分を越える
と、生産性が低下づる。そしで加熱乾燥温度が１６０〜
２００℃と高い場合には、乾燥時間は３０秒へ・１分と
短くてもよいが、温度が低い場合には、乾燥時間を長く
４る必要がある。加熱乾燥が不充分であると、組成物の
皮膜化が十分なされイ「い。 また親水性皮膜は、アルミニウム品の表面に０．１へ・
１０す／ｌｌ１２、好ましくは０．５〜３（１／Ｉｎ２
の割合で形成Ｊる。ここｅ、皮膜が０゜１ｇ／ｍ２以ト
であれば初期の親水性は良９ｒであるが、さらに良好な
親水１１を維持りるためには、０．５す７ｍ２以上の皮
膜を形成するのがりｆＪ、シい。また皮膜が１０す／ｌ
１１２を越えると、乾燥に長時間を要するととしに、プ
レス成形性に悪影響を与えるので好ましくない。 なお、上記水溶液中には、従来より公知の添加剤、たと
えば亜硝酸ナトリウム、ポリリン酸ナトリウム、メタホ
ウ酸す１−リウムなどの無機系防錆剤、安息香酸および
その塩、パラニトロ安息６酸およびその塩、シクロへキ
シルノ７ミン炭酸塩、ベンゾトリアゾールなどの有機系
防錆剤を配合しても勿論よい。 また上記において、アルミニウムの耐食性と親水性皮膜
に対りる密層性を増大さｌるために、アルミニウムの表
面に予めり臼メート法、リン酸りロメート法ベーマイト
法、リン酸法等の方法ににり耐食性を有づる皮膜を形成
しておき、その後この発明による親水性皮膜形成剤を使
用して表面処理を行なうことが好ましい。 またこの発明の親水性皮膜形成剤によりノフルミニウム
？１９仮に形成された親水性皮膜の表面に、さらにワッ
クス、あるいはワックスとポリビニルアルコール等の水
溶性高分子化合物にりなる被覆層を形成づるごとにより
、このアルミニウム薄板を所定のフィン形状に成形りる
さいの金型の摩耗をより一層少なくするようにＪるのが
好ましい。このようなワックスと水溶性高分子化合物の
使用については、特願昭５７−２３４２９３号に詳しく
；ホｌ＼られζいる。 この発明にＪ、るアルミニウムの親水性皮膜形成剤【よ
、上述の次第で、まず第１発明ｍは、アルカリケイ酸塩
（△）と、カルボニルりる低分子り機先合物（Ｂ）を含
むものＣあり、この親水性皮膜形成剤により処理された
アルミニウムを加熱乾ｔＭＪることにより、アルカリケ
イＭ塩（Ａ）と、カルボニル基を有する低分子有機化合
物（Ｂ）とが反応して、三次元化され７ｊ不溶性のグイ
酸塩皮膜が形成される。ぞしてこのとき、低分子有機化
合物（Ｂ）は有機カルボン酸塩もしく番よ有機とドロ４
ニジカルボン酸塩となってケイ酸塩の三次元網状ポリマ
ー内に取り込まれるため、安定したケイ酸ＪＡＷ皮膜が
形成され、親水性がさらに良好となる。また皮膜の柔軟
性が増大づるため、いわゆる延性が良好となり、フィン
の成形のさいにクランクが生じたつづることなく，成形
性にＪぐれており、しかも成形時にＪ５ける金型の摩耗
が非常に少ない。 またこの発明の第２発明は、上記第１発明の親水性皮膜
形成剤にさらに水溶性有機高分子化合物（Ｃ）を添加し
たものである。このように水溶性有機高分子化合物（Ｃ
）を併用することにより、この化合物（Ｃ）がさらにケ
イ酸塩の三次元ポリマー内に取り込まれ、親水性Ｊ３　
Ｊζび皮膜の柔軟性がより増大して、成形性Ｊ３よび耐
金型摩耗１ｎ−がより一層向上ηるという効宋を秦づる
。この発明のの親水性皮膜形成剤を用いて表面に親水性
皮膜が形成されたアルミニウム製フィンを具備づる熱交
換器においては、フィンに０看した水滴は、たちまちそ
の形をＩｌｌ　Ｌでフィンの表面に膜状となって広がり
、流下除去せられる。表面張力によりフィンに残存した
水も薄い膜状となるＩこめ、これは通風の妨げにならな
い。したかつ−（、水滴イ］省によつ（通風抵抗が増大
するようなことがなく、熱交換効率のよい熱交換器が（
！１られる。 つさ゛に、この発明の実施例を比較例どと一ｂに説明り
る。 実施例１〜９ アルミニウム薄板として、厚さ１１ＩＩＩ１１１幅５０
ｍｒｓｒＪ，；よび長さ１００ｍｍのＪＩＳ△−１１０
０１−１２４を用いた。 このアルミニウム板の表面に、予めクロメート法による
酸化皮膜を形成したのち、下記のような各種成分を含む
この発明の親水性皮膜形成剤を塗布し、１６０℃で１０
分間、加熱乾燥して、アルミニウム板の表面に親水性皮
膜を形成した。そしてこの親水性皮膜を有づるアルミニ
ウム薄板を成形して、熱交換器用フィンを￥Ｊ造した。 なお、親水性皮膜形成剤の成分においてアルカリケイ酸
塩としては、３ｉ０２／Ｎａ２０比が３のものを用いた
。 評価試験 上記のようにして得られたフィンの性能を評価するため
に、親水性、成形性および銅金型摩耗性を測定し、得ら
れた結果を下表に示した。 ここで、親木性は、初期の段階、およびＡレイン酸汚染
ノス］〜（１４時間）と流水浸漬デスト（８１１′１間
）を交Ｈに３回ｆつ繰り返したりイクルデスト後の段階
において、それぞれフィンの水の接触角を図ることにＪ
、り測定した。 なお、親水性の評価は、接触角１５°以下を◎、１６°
〜３０６を０，３１’〜５０６をΔ、５１°以上を×と
表示した。 成形１リ−は、親水竹皮Ｈ分を右づるアルミニウム薄板
にバーリング加工を施し、その屈曲部にクラックを生じ
るか否かで測定した。 耐金型摩耗性は、親水性皮膜を有するアルミニウム薄板
を金型を用いＣ一定のフィン形状に成形したときの金型
の摩耗状態を測定しｌζ。なＪ３、金型の摩耗の少ない
ものを良好とした。 ここで、成形性と耐金型ｗ　＄［（ＩＪ−の試験の５甲
（曲は、つぎのとおりとした。 ◎：Ｊト常に良好、Ｏ：良好、△：やＡ５イζ良、×：
不良。 まｌこ比較のために、上記］’）レミニ・ンｌλ板の表
面に、アルカリイ酸４ｇのみを含む水溶液を塗イ１ル、
加熱乾燥して皮膜をＪ［５Ｊ戊し、こσ）アルノｊソケ
イ酸塩皮膜を有Ｊるアルミニウム板につ０て、上記の場
合と同様に評１ｉｉ試験を（うな（１，１１〕られた結
果を下表にまとめて７Ｉ’＜　Ｌ／　／こ。 （以下余白） 」ニ記表から明らかなように、この発明の親水性皮膜形
成剤により表面に親水性皮膜が形成されたフィンは、比
較例のフィンに比べ−（、すぐれた親水性を有しており
、しかも親水性の経時劣化が少ない。また成形性および
耐金型摩耗性しりぐれているｂのである。なお、アルミ
ニウムＮツインの表面には予めりＬＪメー］へ法による
酸生成ＩＩ９を形成しているので、耐食性【よ非常にり
ぐれたしのであった。 以　上 特許出願人　三洋化成工業株式会着

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）　アルカリケイ酸塩（Ａ）と、カルボニル基を有
   づる低分子有機化合物（Ｂ）を含むことを特徴と覆るア
   ルミニウムの親水性皮膜形成剤。
2. （２）　アルカリケイ酸塩（Ａ＞１１１１部に対して、
   カルボニル基を有する低分子有機化合物（Ｂ）を０．１
   〜５Φ吊部の割合で配合づる特ＦＩ　請求の範囲第１項
   記載のアルミニウムの親水性皮膜形成剤。
3. （３）　アルカリクイ酸塩（Δ）と、カルボニル基を右
   づる低分子有機化合物（Ｂ）と、水溶性有機高分子化合
   物（Ｃ）を含むことを特徴とりるアルミニウムの親水性
   皮膜形成剤。
4. （４）　アルカリケイ酸塩（Ａ）１重量部に対して、カ
   ルボニル基を右する低分子り様化合物（Ｂ）を０．１〜
   ５車Ｗ部、Ｊ３よび水溶性有機高分子化合物を０．０１
   〜５山ｍ部のｖＪ８で配合する特許請求の範囲第３項記
   載のアルミニウムの親水性皮膜形成剤。
5. （５）　アルカリケイ酸塩（Ａ）が、Ｓ！０２／Ｍ２０
   （式中Ｍはリチウム、ナｌ〜リウム、カリウム等のアル
   カリ金属を意味する）で表わされる比が１以上のもので
   ある特許請求の範囲Ｗ５　１項および第３項記載のアル
   ミニウムの親水性皮膜形成剤。