JPWO2016002484A1 - アルミニウム製フィン材の親水皮膜被覆方法、アルミニウム製フィン材及びアルミニウム製熱交換器 - Google Patents

アルミニウム製フィン材の親水皮膜被覆方法、アルミニウム製フィン材及びアルミニウム製熱交換器 Download PDF

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Abstract

極めて高い親水性(超親水性)を発現する上に親水持続性にも優れ且つ水分が付着した状態での親水皮膜と金属表面との密着性にも優れる親水皮膜を形成可能な熱交換器の表面処理方法、当該方法により親水皮膜がフィンの表面に形成されたアルミニウム製フィン材、及び当該アルミニウム製フィン材を用いてなるアルミニウム製熱交換器を提供する。親水性樹脂と架橋性微粒子とを含有し、親水性樹脂として、特定の(メタ)アクリル系樹脂、ポリビニルアルコール、及び、特定の分子量のポリアルキレンエーテル樹脂を含有し、各成分の配合が特定の範囲に調整された親水化処理剤を用いて金属表面を親水皮膜で被覆する。

Description

本発明は、アルミニウム製フィン材の親水皮膜被覆方法、アルミニウム製フィン材及びアルミニウム製熱交換器に関する。
アルミニウムやその合金は、軽量で且つ優れた加工性及び熱伝導性を有するため、様々な用途に利用されている。例えば、アルミニウムを用いた熱交換器が知られている。
空調機等の熱交換器のフィンにおいて、冷房運転時に大気中の水分がフィン表面に凝縮水として付着し、この水滴が目詰まりの原因になる場合がある。この目詰まりは、通風抵抗を増大させ、熱交換器の交換効率を低下させることがあり、また、騒音の発生、水滴の飛散による汚染等の問題を生じる。このような問題の発生を防止するために、フィン表面に親水化処理が施されることが従来から行われている。
また、近年、親水化処理に対する要求性能として、汚染物質が付着した場合の親水性の持続性も重要となってきている。これは、空調機等が使用される環境には種々の室内浮遊物質としてパルミチン酸、ステアリン酸、パラフィン酸等のプラスチック用滑剤、フタル酸ジイソオクチル等の汚染物質が存在しており、これらがフィン表面に付着して親水皮膜の親水性を著しく劣化させるためである。
親水化処理剤として、ポリアクリル酸ポリマー等の高分子、この高分子と水素結合をするポリエチレンオキサイド等の高分子を含有する親水化処理用ポリマー組成物が提案されている(例えば、特許文献1参照)。これは親水皮膜の親水性の持続性を改良した技術であるが、付着する汚染物質の種類によっては上記親水性の劣化抑制が充分ではない。また、水分が付着した状態での金属表面と親水皮膜との密着性も不充分なものでもある。
また、カルボキシメチルセルロースの塩、N−メチロールアクリルアミド、ポリアクリル酸及びポリエチレンオキサイドを含有する親水化処理剤、並びに、ポリオキシアルキレン鎖を有する水性高分子化合物、水性樹脂及びN−メチロールアクリルアミドを含有する親水化処理剤が提案されている(例えば、特許文献2、3参照。)。これらは、N−メチロールアクリルアミドをモノマーとして配合しているものであるため、汚染物質が付着した場合における上記持続性が不充分なものである。
また、ポリオキシアルキレン鎖を有するモノエチレン性モノマー、(メタ)アクリルアミド系モノエチレン性モノマー、N−メチロールアクリルアミド等のN−メチロール基及び重合性二重結合を有する架橋性不飽和モノマー及びその他のモノマーから得られる架橋性微粒子が提案されている(例えば、特許文献4〜6参照。)。特に、特定の架橋性微粒子を親水化処理剤に配合することで、汚染物質が付着した後の親水持続性を高め且つ水が付着した状態での親水皮膜と金属表面との密着性も高めることができる(特許文献7、8参照)。
特開平6−322292号公報 特開平6−322552号公報 特開平7−102189号公報 特開平8−120003号公報 特開2000−248225号公報 特開2002−302644号公報 特開2005−2151号公報 特開2014−000534号公報
上記の通り、特許文献7、8に記載の親水化処理剤を用いれば、金属表面に形成される親水皮膜は、水分が付着した状態での親水皮膜と金属表面との密着性に優れ、汚染物質が付着した状態での親水持続性にも優れる。
ところで、アルミニウム製熱交換器は、小型化の要求が強くなっている。熱交換器の小型化に伴って、アルミニウム製のフィン材の間の距離は狭くなる。熱交換器のフィン材間が狭くなると、水滴による目詰まりが生じやすくなることから、熱交換器の表面には、従来求められてきた親水性に比べて極めて高い親水性(以下、「超親水性」と言う場合がある)を有する親水皮膜を形成することが求められる場合がある。
しかしながら、従来の親水化処理剤では、フィン材間の狭いアルミニウム製熱交換器に超親水性を有する親水皮膜を形成するのが難しかった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、極めて高い親水性(超親水性)を発現する上に親水持続性にも優れ且つ水分が付着した状態での親水皮膜と金属表面との密着性にも優れる親水皮膜を形成可能な熱交換器の表面処理方法、当該方法により親水皮膜がフィンの表面に形成されたアルミニウム製フィン材、及び当該アルミニウム製フィン材を用いてなるアルミニウム製熱交換器を提供することにある。
本発明者らは、親水性樹脂と架橋性微粒子とを含有し、親水性樹脂として、特定の(メタ)アクリル系樹脂、ポリビニルアルコール、及び、特定の分子量のポリアルキレンエーテル樹脂を含有し、各成分の配合が特定の範囲に調整された親水化処理剤を用いて形成された親水皮膜で金属表面を被覆すれば、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。より具体的には本発明は以下のものを提供する。
上記課題を解決するために本発明は、
アルミニウム製熱交換器に使用されるアルミニウム製フィン材の表面に対し、化成処理剤を接触させて化成皮膜を形成する工程、及び前記工程で得られた化成皮膜に対して親水化処理剤を接触させて親水皮膜を形成する工程を有するアルミニウム製熱交換器の表面処理方法であって、
前記親水化処理剤は、アクリル酸モノマーに由来する繰り返し単位及び/又はメタクリル酸モノマーに由来する繰り返し単位を含む(メタ)アクリル系樹脂(A)、ポリビニルアルコール(B)、ポリアルキレンエーテル樹脂(C)、及び架橋性微粒子(D)、を含有する親水化処理剤であり、
前記(メタ)アクリル系樹脂(A)は、
(1)スルホ基を有するモノマーに由来する繰り返し単位及びアミド基を有するモノマーに由来する繰り返し単位を有さず、
(2)重量平均分子量が20000〜2000000であり、
(3)樹脂固形分酸価が100〜800mgKOH/gであり、
前記ポリアルキレンエーテル樹脂(C)は、重量平均分子量が5000〜500000であり、
前記架橋性微粒子(D)は、下記式(I)で表されるモノマー(a)30〜95質量%、ポリオキシアルキレン鎖及び重合性二重結合を有するモノマー(b)5〜60質量%、並びに、その他の重合性モノマー(c)0〜50質量%を共重合してなり、
Figure 2016002484
(式中、Rは、水素又はメチル基を表す。Rは、CH又はCを表す。)
前記親水化処理剤固形分中の前記(メタ)アクリル系樹脂(A)の固形分含有率が10〜30質量%であり、前記ポリビニルアルコール(B)の固形分含有率が5〜40質量%であり、前記ポリアルキレンエーテル樹脂(C)が40〜50質量%であり、前記架橋性微粒子(D)が10〜20質量%であり、
前記親水化処理剤固形分中における、前記ポリアルキレンエーテル樹脂(C)の含有量に対する前記ポリビニルアルコール(B)の含有量の比(前記ポリビニルアルコール(B)の含有量/前記ポリアルキレンエーテル樹脂(C)の含有量)は、1/9〜1/1であることを特徴とするアルミニウム製フィン材の親水皮膜被覆方法を提供する。
本発明は、本発明の親水皮膜被覆方法により、表面に親水皮膜が形成されたことを特徴とするアルミニウム製フィン材を提供する。
また、本発明は、本発明のアルミニウム製フィン材を用いてなるアルミニウム製熱交換器を提供する。
本発明の親水化処理剤を用いて金属表面に形成される親水皮膜は、極めて高い親水性(超親水性)を発現する上に親水持続性にも優れ且つ水分が付着した状態での親水皮膜と金属表面との密着性にも優れる。
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
<アルミニウム製フィン材>
本発明に用いる親水化処理剤が塗布されてなるアルミニウムコイルに対して所定の加工が施されてフィンが構成される。
親水化処理剤にて親水皮膜を形成する方法は特に限定されないが、例えば、アルミニウムコイルを脱脂した後に、リン酸クロメートによる化成処理を行なってから、上記親水化処理剤をロールコーター法に従って、アルミニウムコイルに塗布し、これを加熱乾燥することにより、親水皮膜を形成する方法を用いることが出来る。
通常、アルミニウムフィン材の表面には、親水性と耐食性が要求されるのであるが、一般に、親水性に優れた皮膜である程、耐食性が低い。このため、本発明のアルミニウムフィン材にあっては、親水皮膜を形成する前に、下地に耐食性皮膜を形成するために、化成処理した後、有機樹脂によるプライマー処理により耐食性表面処理を行っても何等差支えない。
「アルミニウム」は、アルミニウムを主体とする金属及び合金の総称であり、純アルミニウム及びアルミニウム合金を含む概念である。
熱交換器は、熱交換効率向上の観点から、その表面積を可能な限り大きくすべく複数のフィンが狭い間隔で配置されるとともに、これらのフィンに冷媒供給用のチューブが入り組んで配置される。
<アルミニウム製熱交換器>
本発明の熱交換器は、銅合金から構成される冷媒配管を、アルミニウム製フィン材に設けられた円筒状のカラー部内に挿入配設することにより、上記冷媒配管と上記フィン材とを一体的に組み付けてなるクロスフィンチューブから構成される熱交換器である。
上記フィン材は、アルミニウム板よりなる熱交換器用フィン材に、上記チューブを挿通して固定するための、1〜4mm程度の高さのフィンカラー部を有する組み付け孔をプレス加工して作製する。次いで、この得られたフィン材を積層した後に、上記組み付け孔の内部に、別途作製したチューブを挿通させる。チューブには、通常、銅管又は銅合金管を転造加工等によって内面に溝加工を施す加工等を行い、定尺切断・ヘアピン曲げ加工を施したものが供される。次に、チューブをアルミニウムプレートフィン材に拡管固着し、ヘアピン曲げ加工を施した側と反対側のチューブ端部にUベンド管をろう付け加工する工程を経て、熱交換器が作製される。なお、上記「銅合金」は、銅を主体とする金属及び合金の総称であり、純銅、及び銅合金を含む概念である。
<熱交換器の表面処理方法>
本発明の表面処理方法は、特定の親水化処理剤を用いる。この特定の親水化処理剤は、特定の親水性樹脂と特定の架橋性微粒子とを特定の割合で含有する。これらの成分を含有することにより、形成される親水皮膜は、極めて高い親水性(超親水性)を発現する上に親水持続性にも優れ且つ水分が付着した状態での親水皮膜と金属表面との密着性にも優れる。
[親水性樹脂]
本発明の親水性樹脂は、アクリル酸モノマーに由来する繰り返し単位及び/又はメタクリル酸モノマーに由来する繰り返し単位を含む(メタ)アクリル系樹脂(A)、ポリビニルアルコール(B)、及び、ポリアルキレンエーテル樹脂(C)を含有することを必須とする。
(メタ)アクリル系樹脂(A)は、アクリル酸モノマー及びメタクリル酸モノマーの少なくとも一方に由来する繰り返し単位を含む。アクリル酸モノマーに由来する繰り返し単位、メタクリル酸モノマーに由来する繰り返し単位の合計含有量は特に限定されないが50〜100質量%であることが好ましい。
(メタ)アクリル系樹脂(A)には、アクリル酸モノマーに由来する繰り返し単位、メタクリル酸モノマーに由来する繰り返し単位以外の繰り返し単位が含まれていてもよい。例えば、アクリル酸モノマー又はメタクリル酸モノマーの誘導体等である。
具体的には、重合性不飽和結合を分子内に1個有するモノマーとしては、メチルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、i−ブチルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、イソノニルメタクリレート、n−オクチルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、ステアリルメタクリレート等のアルキルメタクリレート、メチルアクリレート、n−ブチルアクリレート、i−ブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、イソノニルアクリレート、n−オクチルアクリレート等のアルキルアクリレート、ベンジルメタクリレート等のアラルキルメタクリレート、ベンジルアクリレート等のアラルキルアクリレート、ブトキシエチルメタクリレート等のアルコキシアルキルメタクリレート、ブトキシエチルアクリレート等のアルコキシアルキルアクリレート等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
また、(メタ)アクリル系樹脂(A)は、上記のモノマー以外の成分を含むものであってもよいが、スルホ基を有するモノマーに由来する繰り返し単位及びアミド基を有するモノマーに由来する繰り返し単位を含まない方が好ましい。これらを含むと臭気の発生を抑えるのが難しい傾向にある。
親水化処理剤の全固形分中の(メタ)アクリル系樹脂(A)の固形分含有率が、10〜30質量%である。(メタ)アクリル系樹脂(A)の固形分含有率が10質量%未満であると、親水皮膜と金属表面との密着性が低下する。(メタ)アクリル系樹脂(A)の固形分含有率が30質量%を超えると、親水持続性が低下する。(メタ)アクリル系樹脂(A)の固形分含有率が上記の範囲内であれば、ほとんどの(メタ)アクリル系樹脂(A)を金属表面との境界に存在させ、親水皮膜の表面側に(メタ)アクリル系樹脂(A)を存在させないようにすることができる。
(メタ)アクリル系樹脂(A)の酸価は100〜800mgKOH/gである。(メタ)アクリル系樹脂(A)の酸価が100mgKOH/g未満であると、親水皮膜と金属表面との密着性が低下する。(メタ)アクリル系樹脂(A)の酸価が800mgKOH/gを超えると、親水性皮膜が大気中の酸成分を吸着し、耐臭気性が低下する。
(メタ)アクリル系樹脂(A)の重量平均分子量は20000〜2000000である。(メタ)アクリル系樹脂(A)重量平均分子量が20000未満であると、親水持続性が低下する。(メタ)アクリル系樹脂(A)重量平均分子量が2000000を超えると、親水化処理剤の粘度が高くなり、作業性が劣る。(メタ)アクリル系樹脂(A)の重量平均分子量が小さいと、親水皮膜に水分が接触したときに、金属表面との境界付近に存在していた(メタ)アクリル系樹脂(A)が親水皮膜の表面側に移動してしまう。(メタ)アクリル系樹脂(A)が親水皮膜の表面側に移動すると親水皮膜と金属表面との密着性が低下してしまう。また、重量平均分子量が小さすぎると、水に溶出するという理由で、親水皮膜と金属表面との密着性が低下する。(メタ)アクリル系樹脂(A)の重量平均分子量が上記範囲にあれば、親水皮膜の表面に水が付着した状態が続いても、親水皮膜と金属表面との密着力低下の問題が生じない。より好ましい(メタ)アクリル系樹脂(A)の重量平均分子量の範囲は20000〜100000である。なお、重量平均分子量の値は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法により測定された値を採用する。具体的には、テトラヒドロフラン100質量部に対して、樹脂試料0.4重量部を溶解させた溶液を試料溶液として用い、これを日本分析工業株式会社製のLC−08(A−5432)型GPCにより測定し、ポリスチレン換算により算出する。
親水化処理剤に含まれるポリビニルアルコール(B)は、ポリ酢酸ビニルを重合させた重合体をケン化することで得られる。本発明において、ポリビニルアルコール(B)の重合度は特に限定されないが300〜2000以下であることが好ましい。また、ポリビニルアルコール(B)のケン化度は95%以上であることが好ましい。
親水化処理剤の全固形分中のポリビニルアルコール(B)の固形分含有率は、5〜40質量%である。上記含有率が5質量%未満であると、水分が付着した状態での金属表面と親水皮膜との密着性も不充分なものとなり、親水持続性が低下する。上記含有率が40質量%を超えると、親水皮膜の超親水性が発現し難くなる。上記含有率は10〜25質量%が好ましい。
親水化処理剤に含まれる、ポリアルキレンエーテル樹脂(C)は、親水皮膜に対して親水性及び潤滑性を付与する成分である。親水皮膜に対して潤滑性が付与されることで、アルミニウムフィン材の表面をプレス加工等するときの加工性が向上する。
ポリアルキレンエーテル樹脂(C)は、重合平均分子量が上記範囲に属するものであれば特に限定されない。ポリアルキレンエーテル樹脂(C)としては、ポリオキシエチレン(ポリエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール)、ポリオキシプロピレンや、これらの縮合物等を挙げることができる。また、これらのポリアルキレンエーテル樹脂を混合して用いてもよい。ポリアルキレンエーテル樹脂(C)としては、形成される親水皮膜の親水性を高める観点から、ポリオキシエチレンを用いることが好ましい。
ポリアルキレンエーテル樹脂(C)は、重量平均分子量が5000〜500000である。ポリアルキレンエーテル樹脂(C)の重量平均分子量が5000未満であると、ポリアルキレンエーテル樹脂(C)の水への溶解性が高くなりすぎるので、形成される親水皮膜の親水持続性が低下する。一方、ポリアルキレンエーテル樹脂(C)の重量平均分子量が500000を超えると、ポリアルキレンエーテル樹脂(C)の粘度が高くなるため、塗装性が悪化する。ポリアルキレンエーテル樹脂(C)は、重量平均分子量が5000〜300000であることが好ましい。このように、ポリアルキレンエーテル樹脂(C)の重量平均分子量が小さいことで、ポリアルキレンエーテル樹脂(C)の親水性が高くなるので、親水皮膜がより高い超親水性を発現できる。
親水化処理剤の固形分中の、ポリアルキレンエーテル樹脂(C)の固形分含有率は40〜50質量%である。上記含有率が40質量%未満であると、親水皮膜が超親水性を発現しない。上記含有率が50質量%を超えると、皮膜成分が水へ溶出するおそれがある。
また、親水化処理剤の固形分中における、前記ポリアルキレンエーテル樹脂(C)の含有量に対する前記ポリビニルアルコール(B)の含有量の比(前記ポリビニルアルコール(B)の含有量/前記ポリアルキレンエーテル樹脂(C)の含有量)は、1/9〜1/1である。比(前記ポリビニルアルコール(B)の含有量/前記ポリアルキレンエーテル樹脂(C)の含有量)が、1/9未満の場合には、水分が付着した状態での金属表面と親水皮膜との密着性も不充分なものとなり、皮膜成分が水へ溶出しやすくなる。一方、比(前記ポリビニルアルコール(B)の含有量/前記ポリアルキレンエーテル樹脂(C)の含有量)が、1/1を超える場合には、親水皮膜の超親水性が発現し難くなる。比(前記ポリビニルアルコール(B)の含有量/前記ポリアルキレンエーテル樹脂(C)の含有量)は、1/9〜1/2であることが好ましい。
本発明では、主に上記のように親水化処理剤の固形分中の、ポリアルキレンエーテル樹脂(C)の固形分含有率を高くする。これにより、形成される親水皮膜の基礎となりアルミニウム表面との密着性を高めるポリビニルアルコール(B)と、親水皮膜の表面に存在するポリアルキレンエーテル樹脂(C)とが緻密に相分離し、親水皮膜表面の凹凸が多くなることで超親水性が発現するものと考えられる。
なお、ポリアルキレンエーテル樹脂(C)の固形分含有率を高くすると、親水皮膜と金属表面との密着性が低下する傾向にある。本発明では、金属表面との境界付近に存在する(メタ)アクリル系樹脂(A)の固形分含有率を高くして上記の範囲とすることにより、親水皮膜と金属表面との密着性を向上させる。
[架橋性微粒子]
本発明の架橋性微粒子(D)は、下記式(I)で表されるモノマー(a)、ポリオキシアルキレン鎖及び重合性二重結合を有するモノマー(b)、並びに、その他の重合性モノマー(c)からなるモノマー成分を共重合して得られる共重合体からなる樹脂粒子である。上記架橋性微粒子(D)は、上記(a)のメチロール基、エチロール基と上記(b)のカルボキシル基、水酸基等の官能基とが反応したり、メチロール基、エチロール基同士が縮合反応したり、上記(c)のカルボキシル基、水酸基と反応したりする。このため、親水化処理剤の成分として上記架橋性微粒子(D)を使用した場合、水不溶性の強固な親水皮膜を金属表面に形成することができる。また、上記架橋性微粒子(D)は、親水性が高く、未反応官能基を比較的多く有するため、親水化処理剤の成分として使用した場合、他の親水性樹脂と反応し、親水性は損なわれず、汚染物質が付着した後の親水持続性を大幅に向上させることができる。さらに、上記架橋性微粒子(D)は、水に対する膨潤率が比較的小さいものであるため、形成される親水皮膜が水に溶解してしまうことも抑制される。
Figure 2016002484
上記式(I)で表されるモノマー(a)は、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミド、N−ヒドロキシエチルアクリルアミド又はN−ヒドロキシエチルメタクリルアミドである。上記式(I)で表されるモノマー(a)を使用した場合に得られる架橋性微粒子(D)を含有する親水化処理剤を用いると、上記親水持続性及び上記密着性に優れた親水皮膜を形成することができる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
上記架橋性微粒子(D)は、上記式(I)で表されるモノマー(a)を、30〜95質量%含有するモノマー成分を共重合して得られるものである。30質量%未満であると、親水皮膜の汚染物質が付着した後における親水持続性が低下するおそれがある。95質量%を超えると、製造が困難になるおそれがある。上記式(I)で表されるモノマー(a)は、上記範囲で配合されるものであるため、架橋成分として機能するとともに、親水皮膜形成成分の主成分としても機能するものである。即ち、架橋成分としての機能のみを発現させるために配合される場合には、通常、上記範囲より少量の配合量として用いられるが、本発明における架橋性微粒子(D)では上記式(I)で表されるモノマー(a)を上記範囲の配合量で使用することにより、共重合した後であってもメチロール基、エチロール基が架橋性微粒子中に残存していることとなる。このため、上記架橋性微粒子(D)を含有する親水化処理剤を用いて親水皮膜を形成した場合には、他の親水性樹脂と反応し強固な密着性と親水持続性が得られる。従って、形成された親水皮膜にパルミチン酸、ステアリン酸、パラフィン酸等のプラスチック用滑剤、フタル酸ジイソオクチル等の汚染物質が付着した後でさえ、親水皮膜の親水性を充分に持続させることができる。
また、上記式(I)で表されるモノマー(a)を配合することによって得られる架橋性微粒子は、その配合量の増加に起因して架橋度も大きくなる。このため、形成される親水皮膜が水分によって溶解することが抑制され、密着性(皮膜が水分に晒されている場合の密着性)に優れた皮膜を形成することができる。
上記式(I)で表されるモノマー(a)の配合量は、モノマー成分100質量%に対して、30〜95質量%である。上記下限は、40質量%であることが好ましく、上記上限は、80質量%であることが好ましい。
上記モノマー(b)は、ポリオキシアルキレン鎖及び重合性二重結合を有するモノマーであれば特に限定されないが、下記式(II)及び/又は下記式(III)で表される化合物であることが好ましい。これにより、水分散安定な親水性の優れた架橋性微粒子ができる。
Figure 2016002484
Figure 2016002484
上記式(II)において、上記R及び上記Rは、同一若しくは異なって、水素又はメチル基を表す。上記Rは、水素、メチル基、SOH、SONa又はSONHを表す。
上記式(II)において、nは、6〜300の整数を表す。6未満であると、分散安定性、親水性が不充分であり、300を超えると、製造が困難になる。上記下限は、30であることが好ましく、上記上限は、200であることが好ましい。
上記式(III)において、上記R及び上記Rは、同一若しくは異なって、水素又はメチル基を表す。上記Rは、水素、メチル基、SOH、SONa又はSONHを表す。上記Rは、CH又はベンゼン環(下記、化学式(IV))を表す。
Figure 2016002484
上記式(III)において、mは、6〜300の整数を表す。6未満であると、分散安定性、親水性が不充分であり、300を超えると、製造が困難になる。上記下限は、30であることが好ましく、上記上限は、200であることが好ましい。
上記モノマー(b)としては特に限定されず、例えば、上記式(II)、上記式(III)で表される化合物以外に、メトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート、メトキシポリエチレングリコールモノアクリレート、オクトキシポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコールモノアクリレート等も挙げることができる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
上記モノマー(b)は、ポリオキシアルキレン鎖を50質量%以上含有する化合物であることが好ましい。ここで、50質量%以上とは、使用されるモノマー(b)の固形分質量100質量%中に、ポリオキシアルキレン鎖の部分の全固形分質量が50質量%以上であることである。50質量%未満であると、親水皮膜の親水性が低下するおそれがある。上記モノマー(b)は、ポリオキシアルキレン鎖を80〜99質量%含有することがより好ましい。
上記モノマー(b)の配合量は、モノマー成分100質量%に対して、5〜60質量%である。5質量%未満であると、親水化処理剤中での架橋性微粒子の分散性が低下し、また、親水皮膜の親水性が低下する。60質量%を超えると、親水皮膜の密着性が不充分で汚染物質が付着した後における親水持続性が低下する。上記下限は、10質量%であることが好ましく、上記上限は、40質量%であることが好ましい。
上記その他の重合性モノマー(c)は、1分子中に重合性不飽和結合を有し、上記式(I)で表されるモノマー(a)及び上記モノマー(b)と共重合させることができる化合物であれば特に限定されず、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、酢酸ビニル基等のビニルモノマー、アクリル酸2−ヒドロキシエチル、アクリル酸ヒドロキシプロピル、N−ビニルアセトアミド、N−ビニルホルムアミド、N−ビニルピロリドン、N−ビニルイミダゾール、アクリロニトリル、メチルアクリレート、メタクリル酸メチル、スチレン、不飽和二重結合含有界面活性剤、アクリルアミド、メタクリルアミド、N−メチルアクリルアミド、N−ビニルスルホン酸、N−アリルスルホン酸、スチレンスルホン酸ソーダ、2アクリルアミド2メチルプロパンスルホン酸等を挙げることができる。また、メチルアクリレート、メタクリル酸メチル以外のアクリル酸エステル、メタクリル酸エステル等、通常のラジカル重合に用いられる不飽和モノマーを用いることもできる。なかでも、得られる架橋性微粒子の親水性を向上させることができる点から、アクリル酸、メタクリル酸であることが好ましい。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
上記その他の重合性モノマー(c)の配合量は、モノマー成分100質量%に対して、0〜50質量%である。50質量%を超えると、得られる架橋性微粒子(D)の親水性、架橋性が低下し、また、親水皮膜の汚染物質が付着した後における親水持続性が低下する。上記上限は、30質量%であることが好ましい。
本発明の架橋性微粒子(D)は、水膨潤率が1.0〜1.5であることが好ましい。これにより、親水皮膜を形成した場合、親水皮膜が水分に晒されたとしても親水皮膜と金属表面との間の密着性が低下することが抑制される。1.5以下の水膨潤率は、上記式(I)で表されるモノマー(a)、上記モノマー(b)及び上記その他の重合性モノマー(c)を上述の配合比で、反応条件を適宜設定することによって得ることができる。上記水膨潤率は、1.0〜1.3であることがより好ましい。なお、本明細書における水膨潤率は、水膨潤率=水溶液中粒子径/溶剤中粒子径として算出した値である。また、粒子径(D50)は、電気泳動光散乱光度計photal ELS−800(大塚電子社製)を用いて測定した値である。
本発明の架橋性微粒子(D)は、例えば、上記N−メチロール(メタ)アクリルアミド(a)30〜95質量%、上記ポリオキシアルキレン鎖及び重合性二重結合を有するモノマー(b)5〜60質量%及び上記その他の重合性モノマー(c)0〜50質量%を、分散安定剤の不存在下に、使用するモノマーは溶解するが生成する共重合体を実質的に溶解しない水混和性有機溶媒中又は水混和性有機溶媒/水混合溶媒中で重合させることにより製造することができる。
上記架橋性微粒子(D)の製造における重合に際し、分散剤を併用してもよい。上記分散剤としては、例えば、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリカルボン酸等の分散樹脂やアニオン、カチオン、ノニオン各種界面活性剤等を挙げることができる。
本発明の架橋性微粒子(D)の製造において、上記(a)、上記(b)及び上記(c)からなるモノマー成分の共重合は、アルキレングリコールモノアルキルエーテル(例えば、エチレングリコールモノブチルエーテル等)等のエーテル系溶媒、メトキシプロパノール、これらと水との混合溶媒等の溶媒中で行うことができる。
上記(a)、上記(b)及び上記(c)からなるモノマー成分の共重合は、通常、ラジカル重合開始剤の存在下に行われる。上記ラジカル重合開始剤としては特に限定されず、通常使用されているものすべてを使用することができる。例えば、過酸化ベンゾイル、ラウロイルペルオキシド、ジ−t−ブチルペルオキシド、クメンヒドロペルオキシド、t−ブチルペルオクトエート、t−ブチルペルオキシ2−エチルヘキサノエート等の過酸化物;2,2′−アゾビスイソブチロニトリル、2,2′−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2′−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、ジメチル2,2′−アゾビスイソブチレート、4,4′−アゾビス(4−シアノペンタノイツク酸)等のアゾ化合物;2,2′−アゾビス(2−アミジノプロパン)ジヒドロクロリド、2,2′−アゾビス(N−N′−ジメチレンイソブチルアミジン)、2,2′−アゾビス(N−N′−ジメチレンイソブチルアミジン)ジヒドロクロリド等のアミジン化合物;過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫化物系開始剤あるいはこれにチオ硫酸ナトリウム、アミン等を併用した系等を挙げることができる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。その使用量は、通常、モノマーの合計量に対して0.2〜5質量%の範囲内とすることができる。
上記共重合における重合温度は、使用する重合開始剤の種類等によって変えることができるが、通常、70〜140℃の範囲内の温度が適当である。70℃未満であると、架橋性が不充分となり、140℃を超えると、反応の制御が難しい。上記下限は、90℃であることがより好ましく、上記上限は、120℃であることがより好ましい。反応時間は、通常0.2〜5時間である。0.2時間未満であると、架橋性が不充分となり、5時間を超えても、反応は変わらず、経済的に不利である。重合温度を90℃以上とすることによって、粒子内架橋を進行させることができる。重合温度が70℃未満の場合には通常、重合中に粒子内架橋反応がほとんど進行しないので、通常、重合反応後に、生成重合体を90℃以上の温度で0.2〜5時間加熱して粒子内架橋を進行させる操作を行う。
また、重合反応中や重合反応後における重合体粒子の粒子内架橋反応をより速やかに進行させるため、重合反応系に必要に応じて架橋反応触媒を加えてもよい。上記架橋反応触媒としては、例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸等の強酸触媒;スルホエチルメタクリレート等の重合性二重結合含有強酸触媒等を挙げることができる。
上述のようにして得られる架橋性微粒子の体積平均粒子径としては特に限定されないが、架橋性微粒子の安定性の点から、一般に0.03〜1μm、好ましくは0.05〜0.6μmの範囲内である。
上述の架橋性微粒子及び親水性樹脂を含有する親水化処理剤は、親水持続性及び密着性に優れた親水皮膜を形成することができるものである。上記親水化処理剤は、金属、特にアルミニウム又はその合金に対して使用する場合に、親水持続性及び密着性に優れた親水皮膜を形成することができるものである。
親水化処理剤の全固形分中における架橋性微粒子(D)の含有量は、10〜20質量%である。10質量%未満であると、親水性の低下及び密着性の低下が生じる。一方、20質量%を超えると経済的に不利である。
[その他の成分]
上記親水化処理剤には、着色した親水皮膜を形成する目的で、顔料を添加することができる。添加する顔料としては特に限定されず、無機顔料、有機顔料等の通常使用されている着色顔料を使用することができる。
上記親水化処理剤は、付加される機能に応じて、下記のその他の成分を必要量添加してもよい。例えば、界面活性剤、コロイダルシリカ、酸化チタン、糖類等の親水添加剤;タンニン酸、イミダゾール類、トリアジン類、トリアゾール類、グアニン類、ヒドラジン類、フェノール樹脂、ジルコニウム化合物、シランカップリング剤等の防錆添加剤;メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ブロックイソシアネート、アミン、フェノール樹脂、シリカ、アルミニウム、ジルコニウム等の架橋剤;抗菌剤、分散剤、潤滑剤、消臭剤、溶剤等を挙げることができる。
[熱交換器の表面処理方法]
本発明の表面処理方法を用いることによって、極めて高い親水性(超親水性)を発現する上に親水持続性にも優れ且つ水分が付着した状態での親水皮膜と金属表面との密着性にも優れる親水皮膜を形成することができる。特に、本発明の表面処理方法は、アルミニウム又はその合金に対して好適に適用することができる方法である。なお、上記の効果は上記の特定の親水化処理剤を用いることによって奏するため、親水皮膜の形成方法としては一般的な方法を採用可能である。
一般的な熱交換器の表面処理方法は、通常、先ず、アルミニウム又はアルミニウム合金板等を脱脂処理する。次に、化成処理剤を接触させて化成皮膜を形成し、さらに上記工程で得られた化成皮膜に対して親水化処理剤を接触させて親水皮膜を形成する工程を行う。必要に応じて、化成皮膜に耐食樹脂プライマーの塗布を行ってから、塗布された化成皮膜に親水化処理剤を接触させて親水皮膜を形成もよい。
上記脱脂処理としては、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。また、上記化成処理としては、リン酸クロメート処理、塗布型クロメート処理、ノンクロメート処理等が挙げられる。上記リン酸クロメート処理は、無水クロム酸とリン酸に添加剤を加えた処理液により行うことができる。上記リン酸クロメート処理は、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。上記耐食樹脂プライマーとしては、アクリル、エポキシ、ポリエステル、フェノール又はウレタン系の樹脂プライマー処理が挙げられる。
上記リン酸クロメート処理により得られる化成皮膜は、クロム(Cr)量で3〜50mg/mであることが好ましい。3mg/m未満であると、防錆性が不充分であり、50mg/mを超えると、親水性皮膜との反応が起こり親水性を低下させることになる。化成皮膜が形成されたアルミニウム又はアルミニウム合金等の金属は、通常水洗される。この際の水洗は、10〜30秒程度で行われることが好ましい。
上記塗布型クロメート処理に使用する処理剤は、ロールコーター等の塗布処理を用いたクロメート処理剤である。この場合、皮膜中のクロム量は5〜30mg/mが好ましい。
上記ノンクロメート処理に使用する処理剤は、クロムを含有しない処理剤であり、例えば、ジルコニウム系処理剤を挙げることができる。上記ジル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を挙げることができる。
上記ジルコニウム系処理剤によって得られる皮膜中のZr量は0.1〜40mg/mであることが好ましい。0.1mg/m未満であると耐食性が不充分であり、40mg/mを超えても、不経済である。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。
本発明の表面処理方法における前処理は、通常、上記脱脂処理と上記化成処理、必要に応じて、化成処理の上にプライマー処理が行われる。
本発明の表面処理方法は、上記化成処理を施したアルミニウム又はアルミニウム合金等の金属表面上に、上述の親水化処理剤を塗布する工程を行うものである。塗布する方法としては、ロールコート法、バーコート法、浸漬法、スプレー法、刷毛塗り法等が挙げられる。塗布後、120〜300℃の温度で3秒〜60分間乾燥、焼き付けすることにより、親水性皮膜を得ることが好ましい。焼付け温度が120℃未満であると、充分な造膜性が得られず、水への浸漬後に皮膜が溶解するおそれがある。300℃を超えると、樹脂が分解し、親水皮膜の親水性が損なわれるおそれがある。
上記表面処理方法により形成される親水皮膜は、金属、特にアルミニウム及びその合金表面上に形成される皮膜であり、親水性、特に汚染物質が付着した後の親水持続性に優れ且つ密着性にも優れた皮膜である。
上記親水皮膜の膜厚は、好ましくは0.05g/m以上であり、より好ましくは0.1〜2g/mである。皮膜の膜厚が0.05g/m未満であると、皮膜の親水持続性及び加工性が不充分となるおそれがある。
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
<材料>
PAA−1:ポリアクリル酸(重量平均分子量:20000、酸価780mgKOH/g)
PAA−2:ポリアクリル酸(重量平均分子量:6000、酸価780mgKOH/g)
PAA−AAm:ポリアクリル酸とアクリルアミドの共重合体(重量平均分子量:20,000、酸価40mgKOH/g)
PVA:ポリビニルアルコール(重量平均分子量:20000、けん化度:98.5)
PEO:ポリエチレンオキサイド(重量平均分子量:500000)
PEG−1:ポリエチレングリコール(重量平均分子量:20000)
PEG−2:ポリエチレングリコール(重量平均分子量:1000)
PEO−PPO:ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン縮合物(重量平均分子量:15500)
樹脂粒子:架橋性微粒子(製造方法を後述する)
[架橋性微粒子の製造方法]
メトキシプロパノール200質量部にN−メチロールアクリルアミド60質量部及びメトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート(繰り返し単位数が100のポリエチレン鎖)20質量部、アクリル酸10質量部、アクリルアミド10質量部を溶解させたモノマー溶液と、メトキシプロパノール50質量部に「ACVA」(大塚化学株式会社製、アゾ系開始剤)1質量部を溶解させた溶液とをそれぞれ別口から、窒素雰囲気下105℃でメトキシプロパノール150質量部に3時間かけて滴下し、さらに1時間加熱攪拌して重合させた。得られた分散液において、架橋性微粒子の平均粒子径350nm、架橋性微粒子の水膨潤率1.15、粘度フォードカップNo.4で18秒、固形分濃度20質量%であった。
<親水化処理剤の調製>
表1及び表2に示す成分を、表1及び表2に示す割合(親水化処理剤の固形分中の含有量(単位:質量%))で混合して、実施例に用いる親水化処理剤及び比較例に用いる親水化処理剤を調製した。
Figure 2016002484

Figure 2016002484

<試験板の作製>
150mm×200mm×0.13mmの1000系アルミニウム材を日本ペイント株式会社製サーフクリーナーEC370の1%溶液にて、70℃で5秒間脱脂し、日本ペイント株式会社製アルサーフ407/47の10%溶液を用いて40℃5秒間リン酸クロメート処理した。次いで、上記で得られた各親水化処理剤を固形分5%に調整し、バーコーター#4でこれを上記アルミニウム材に塗布し、220℃で20秒間加熱して乾燥させて、試験板を作製した。この試験板を以下の評価に用いた。
<初期親水性の評価>
試験板の水滴との接触角を評価した。接触角の測定は、FACE自動接触角計「CA−Z」(協和界面化学株式会社製)を使用して実施した。室温で滴下後30秒後の水滴との接触角を測定した。測定された接触角に基いて、親水性を下記基準により評価した。評価結果を表1及び表2に示した。なお、評価がB以上であれば、親水性が良好である。
(評価基準)
A:水接触角が5°以下
B:5°超、10°以下
C:10°超、20°以下
D:20°超、30°以下
E:30°超
<親水持続性の評価>
試験板を純水に240時間浸漬した後、水滴との接触角を評価した。接触角の測定は、FACE自動接触角計「CA−Z」(協和界面化学株式会社製)を使用して実施した。室温で滴下後30秒後の水滴との接触角を測定した。測定された接触角に基いて、親水性を下記基準により評価した。評価結果を表1及び表2に示した。なお、評価がB以上であれば、親水性が良好である。
(評価基準)
A:水接触角が5°以下
B:5°超、10°以下
C:10°超、20°以下
D:20°超、30°以下
E:30°超
<WET密着性の評価>
荷重が2ポンドのハンマーの先端にキムワイプ4枚を折って16枚重ねになるように装着した後、重ね折りしたキムワイプに水をしみこませ、試験板表面に設置した。続いて、試験板に、垂直に荷重がかかるようハンマーを摺動させて、親水皮膜の剥離が見られる摺動回数を確認した。WET密着性を下記基準により評価した。評価結果を表1及び表2に示した。なお、評価がC以上であれば、密着性が良好である。
(評価基準)
A:10回以上の摺動回数で親水皮膜が剥離
B:7回以上、10回未満の摺動回数で親水皮膜が剥離
C:4回以上、7回未満の摺動回数で親水皮膜が剥離
D:1回以上、4回未満の摺動回数で親水皮膜が剥離
<加工性の評価>
試験板表面に加工油を塗布した後、絞り率48%になるよう単発プレスを実施した。プレス後のカラー部塗膜の剥離の程度に基いて、下記基準により加工性を評価した。評価結果を表1及び表2に示した。なお、評価がB以上であれば、加工性が良好である。
(評価基準)
A:まったく変化が見られなかった
B:わずかに剥離が観察された
C:縦筋として剥離が観察された
D:全面剥離が観察された
<超親水性の評価>
試験板をフィンピッチ1.2mmに成形し、プレートフィンを得た。このプレート
フィンを300枚積層し、外径Φ7mmの内面溝付き管にて拡管し、フィンアンドチューブ型の熱交換器とした。この得られた熱交換器にて通風抵抗Pa及び通風抵抗Pbを測定した。通風抵抗Paは、フィンが乾いている状態のプレートフィン熱交換器の、風速条件1.5m/sにおいて測定される通風抵抗値を示している。また、通風抵抗Pbは、乾球温度27℃・湿球温度20℃の環境下に配置し、3℃の冷媒にて5時間運転させることで、フィン表面に凝縮水を発生させた状態のプレートフィン熱交換器の、風速条件1.5m/sにおいて測定される通風抵抗値を示している。通風抵抗B(Pb)/通風抵抗(Pa)の値を求め、下記基準により通風抵抗を評価した。評価結果を表1及び表2に示す。
A:1.0≦(Pb/Pa)<1.2
B:1.2≦(Pb/Pa)<1.5
C:1.5≦(Pb/Pa)<2.0
D:2.0≦(Pb/Pa)
−:通風抵抗の測定ができなかった。
実施例1、3、5及び6と比較例8との比較から、実施例1、3、5及び6の親水皮膜の方が親水持続性に優れることが分かった。この結果から、親水化処理剤が特定の分子量のポリアルキレンエーテル樹脂を含有することで、形成される親水皮膜の親水性及びその持続性が向上することが確認された。
実施例3と比較例6との比較から、実施例3の親水皮膜の方が超親水性に優れることが分かった。また、実施例4と比較例7との比較から、実施例4の親水皮膜の方が超親水性に優れることが分かった。これらの結果から、親水化処理剤の含有するポリアルキレンエーテル樹脂の含有量が40〜50質量%であることにより、形成される親水皮膜の親水性が向上することが確認された。
実施例9と比較例5との比較から、実施例9の親水皮膜の方が超親水性、親水持続性及びWET密着性に優れることが分かった。この結果から、親水化処理剤の含有するポリアルキレンエーテルの含有量に対するポリビニルアルコールの含有量が1/9以上であることにより、形成される親水皮膜が、水分が付着した状態における金属表面との密着性及び親水持続性に優れることが確認された。
実施例3と比較例1との比較から、実施例3の親水皮膜の方が親水持続性に優れることが分かった。また、実施例2と比較例2との比較から、実施例2の親水皮膜の方が超親水性及び親水持続性に優れることが分かった。これらの結果から、親水化処理剤の含有する(メタ)アクリル系樹脂(A)の固形分含有率が10〜30質量%であることにより、形成される親水皮膜が超親水性及び親水持続性に優れることが確認された。
実施例5と比較例9との比較から、実施例5の親水皮膜の方が親水性、親水持続性、密着性、加工性に優れることが分かった。この結果から、親水化処理剤の含有する樹脂粒子(D)の固形分含有率が10質量%以上であることにより、形成される親水皮膜が親水性及びその持続性、密着性、加工性に優れることが確認された。
実施例1と比較例3との比較から、実施例1の親水皮膜の方が超親水性及び親水持続性に優れることが分かった。この結果から、親水化処理剤の含有するアクリル樹脂の重量平均分子量を特定の範囲(20000〜2000000)に調整することにより、形成される親水皮膜が超親水性及び親水持続性に優れることが確認された。
実施例1と比較例4との比較から、実施例1の親水皮膜の方がWET密着性に優れることが分かった。この結果から、親水化処理剤の含有するアクリル系樹脂の酸価を特定の範囲(100〜800mgKOH/g)に調整することにより、形成される親水皮膜がWET密着性に優れることが確認された。
本発明の表面処理方法によれば、極めて高い親水性(超親水性)を発現する上に親水持続性にも優れ且つ水分が付着した状態での親水皮膜と金属表面との密着性にも優れる親水皮膜を金属表面に形成することができる。このため、本発明の表面処理方法は、空調機等の熱交換器のフィンの表面に親水皮膜を形成する方法として好ましく利用することができる。

Claims (3)

  1. アルミニウム製熱交換器に使用されるアルミニウム製フィン材の表面に対し、化成処理剤を接触させて化成皮膜を形成する工程、及び前記工程で得られた化成皮膜に対して親水化処理剤を接触させて親水皮膜を形成する工程を有するアルミニウム製熱交換器の表面処理方法であって、
    前記親水化処理剤は、アクリル酸モノマーに由来する繰り返し単位及び/又はメタクリル酸モノマーに由来する繰り返し単位を含む(メタ)アクリル系樹脂(A)、ポリビニルアルコール(B)、ポリアルキレンエーテル樹脂(C)、及び架橋性微粒子(D)、を含有する親水化処理剤であり、
    前記(メタ)アクリル系樹脂(A)は、
    (1)スルホ基を有するモノマーに由来する繰り返し単位及びアミド基を有するモノマーに由来する繰り返し単位を有さず、
    (2)重量平均分子量が20000〜2000000であり、
    (3)樹脂固形分酸価が100〜800mgKOH/gであり、
    前記ポリアルキレンエーテル樹脂(C)は、重量平均分子量が5000〜500000であり、
    前記架橋性微粒子(D)は、下記式(I)で表されるモノマー(a)30〜95質量%、ポリオキシアルキレン鎖及び重合性二重結合を有するモノマー(b)5〜60質量%、並びに、その他の重合性モノマー(c)0〜50質量%を共重合してなり、
    Figure 2016002484
    (式中、Rは、水素又はメチル基を表す。Rは、CH又はCを表す。)
    前記親水化処理剤固形分中の前記(メタ)アクリル系樹脂(A)の固形分含有率が10〜30質量%であり、前記ポリビニルアルコール(B)の固形分含有率が5〜40質量%であり、前記ポリアルキレンエーテル樹脂(C)が40〜50質量%であり、前記架橋性微粒子(D)が10〜20質量%であり、
    前記親水化処理剤固形分中における、前記ポリアルキレンエーテル樹脂(C)の含有量に対する前記ポリビニルアルコール(B)の含有量の比(前記ポリビニルアルコール(B)の含有量/前記ポリアルキレンエーテル樹脂(C)の含有量)は、1/9〜1/1であることを特徴とするアルミニウム製フィン材の親水皮膜被覆方法。
  2. 請求項1記載の親水皮膜被覆方法により、表面に親水皮膜が形成されたことを特徴とするアルミニウム製フィン材。
  3. 請求項2記載のアルミニウム製フィン材を用いてなるアルミニウム製熱交換器。
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