WO2012153570A1 - 熱交換器用プレコートフィン材及び熱交換器 - Google Patents
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Definitions
- Another object of the present invention is to use a single-sided water-repellent / single-sided hydrophilic fin material made of the precoat fin material for heat exchangers, or a cross-linked water-repellent film having an excellent frosting-inhibiting effect on both sides.
- the aluminum plate material forming the fin substrate may be made of pure aluminum or an aluminum alloy, and is not particularly limited.
- substrate from a corrosion-resistant viewpoint, it is preferable that the corrosion-resistant film
- the fluorine atom-containing group is preferably a perfluoroalkyl group.
- the perfluoroalkyl group include —CF 3 , —CF 2 CF 3 , —CF 2 CF 2 CF 3 , —CF (CF 3 ) 2 , -CF 2 CF 2 CF 2 CF 3 , -CF 2 CF (CF 3 ) 2 , -C (CF 3 ) 3 ,-(CF 2 ) 4 CF 3 ,-(CF 2 ) 2 CF (CF 3 ) 2 , -CF 2 C (CF 3 ) 3 , -CF (CF 3 ) CF 2 CF 2 CF 3 ,-(CF 2 ) 5 CF 3 ,-(CF 2 ) 3 CF (CF 3 ) 2 ,- (CF 2 ) 4 CF (CF 3 ) 2 ,-(CF 2 ) 7 CF 3 ,-(CF 2 ) 5 CF (CF 3 ) 2 ,-(CF 2
- the aqueous water-repellent coating composition contains a quaternary ammonium base-containing modified epoxy resin (B) described below from the viewpoint of processability, adhesion, moisture resistance, and corrosion resistance of the resulting coating film.
- the blending ratio of the quaternary ammonium base-containing modified epoxy resin (B) and amino resin (C) is 95 / as the solid content mass ratio of the quaternary ammonium base-containing modified epoxy resin (B) / amino resin (C).
- a range of 5 to 50/50, particularly 93/7 to 60/40 is preferable. If the amount of the amino resin (C) is too small, sufficient curability cannot be obtained. On the other hand, if the amount is too large, the processability of the manufactured pre-coated fin material may be lowered.
- a roll coater method that uses a commonly used roll coater or a coating method Gravure roll method to apply using gravure roll convenient for volume control, natural coat method convenient for thick coating, reverse coat method, bar coat method, spray method, etc., which are advantageous for beautifully finishing the coated surface Can be adopted.
- the excellent frost formation suppressing effect due to the water repellent surface of the crosslinked water repellent coating and the excellent condensed water eliminating effect due to the hydrophilic surface of the hydrophilic coating are cooperating.
- frost formation is prevented as much as possible, and under the condition where condensation is likely to occur on the fin surface, when water droplets generated by condensation on the water-repellent surface come into contact with the adjacent hydrophilic surface.
- the water droplets can be easily transferred to the hydrophilic surface side and can be quickly removed, whereby a good heat exchange function can be maintained over a long period of time without increasing the ventilation resistance.
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Abstract
Description
上記水性撥水塗料組成物において、フッ素原子含有基を有する樹脂(A)は、パーフルオロアルキル基及び/又はパーフルオロアルケニル基を有する樹脂であれば公知のものを使用することができ、水又は水を主成分とする媒体(以下、「水性媒体」と称する。)に分散又は溶解したものを用いることができる。このようなフッ素原子含有基を有する樹脂(A)は、例えば下記一般式(1)に示した構造のパーフルオロアルキル基及びパーフルオロアルケニル基からなる群より選ばれる少なくとも1種のフッ素原子含有基を有する重合性不飽和単量体(a-1)〔以下、「フッ素原子含有基を有する重合性不飽和単量体(a-1)」と記すことがある〕と、その他の重合性不飽和単量体(a-2)とを、共重合反応させることにより得られた樹脂であることが好ましい。上記重合反応を行う方法は、公知の重合方法から選択することができ、例えば、バルク重合、溶液重合、乳化重合、懸濁重合、分散重合等を挙げることができ、水性媒体に分散又は溶解した樹脂の製造効率等の観点から、乳化重合が好ましい。
前記水性撥水塗料組成物は、得られる塗膜の加工性、密着性、耐湿性及び耐食性の観点から、以下に述べる4級アンモニウム塩基含有変性エポキシ樹脂(B)を含む。
=t1(ml)×2×指示薬濃度(mol/l)×(1/1,000)
×{100/(試料(g)×固形分(%))} …………式(1)
なお、4級アンモニウム塩基含有変性エポキシ樹脂(B)を分散する水性媒体は、水のみであってもよいし、また、水と有機溶剤との混合物であってもよい。この有機溶剤としては、4級アンモニウム塩基含有変性エポキシ樹脂(B)の水性媒体中での安定性を損なわない限り、従来公知のいずれのものも使用することができる。
上記水性撥水塗料組成物に含まれるアミノ樹脂(C)としては、例えばメラミン樹脂、尿素樹脂及びベンゾグアナミン樹脂等が挙げられるが、加工性、密着性の観点からメラミン樹脂が好ましい。
(1)87%以上のケン化度を有するポリビニルアルコールと、300mgKOH/g以上の樹脂酸価を有する高酸価アクリル樹脂のカルボキシル基の少なくとも一部を、180℃未満の沸点を有さずかつ180℃未満で分解しない塩基性化合物で中和し、塩を形成させて得られた中和樹脂とを含有する有機系親水塗料組成物。
(2)ポリビニルアルコール系樹脂及びポリエチレングリコール系樹脂を主成分として含み、かつ、1価又は2価の元素を有する硝酸化合物を含有する有機系親水塗料組成物(特開2002-275,407号公報参照)。
前記のフィン基板の表面に耐食性皮膜、架橋撥水性被膜、及び親水性被膜を形成する方法については、特に制限はなく、例えば、通常良く用いられるロールコーターを用いて塗布するロールコーター方法や、塗布量管理に便利なグラビアロールを用いて塗布するグラビアロール方法や、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、バーコート法、スプレー法等を採用することができる。
以上のようにして得られた本発明の熱交換器用プレコートフィン材は、通常の成形加工、例えば、プレコートフィン材の表面にプレス成形加工用の揮発性プレス油を塗布した後、スリット加工等の成形加工を施すことにより、所望のフィン形状を有する熱交換フィンに成形され、使用される。
例えば、熱交換器用プレコートフィン材として上記の片面撥水性/片面親水性フィン材が用いられる場合には、多数の片面撥水性/片面親水性フィン材をその撥水性面と親水性面とが相対面するように配置してチューブ材に固定し、フィン構造を構成すればよい。また、熱交換器用プレコートフィン材として上記の両面撥水性フィン材が用いられる場合には、この両面撥水性フィン材と共に、フィン基板の両面に上記親水塗料を用いて親水性皮膜が形成された両面親水性フィン材を使用し、これら両面撥水性フィン材と両面親水性フィン材とを撥水性面と親水性面とが相対面するように交互に配置してチューブ材に固定し、フィン構造を構成すればよい。
なお、以下の実施例及び比較例において、架橋撥水性皮膜及び親水性皮膜の水接触角の測定、及び着霜抑制効果の確認は、以下の方法で行った。
各実施例及び比較例で作製した熱交換器用プレコートフィン材の一部を7cm×15cmの大きさに切り出し、水平に設置した試験片の皮膜上に純水2μLを滴下し、接触角計(協和界面科学社製:CA‐A)を用いて、上記試験片の皮膜上に形成された水滴の接触角を測定した。
各実施例1~8及び比較例1~8で得られた片面撥水性/片面親水性フィン材(JIS A 1050、500mm×25mm×0.1mm)に2列×12列のカラー部をプレス加工して熱交換フィンとし、この熱交換フィンを、前記カラー部が一致するように、かつ、撥水性面と親水性面とが1.5mmの間隔で互いに相対面するフィン構造が形成されるように積層し、この積層体のカラー部に銅管(JIS-C1220、外径7mm、肉厚0.3mm)を挿入し、次いで前記銅管をマンドレルにより拡管して、カラー部を機械的に接合してクロスフィンチューブタイプの熱交換器(外寸500mm×25mm×250mm)を作製し、撥水性面と親水性面とが1.5mmの間隔で互いに相対面するフィン構造を有する各実施例1~8及び比較例1~8のクロスフィンアンドチューブ型の試験用熱交換器を作製した。
アルミニウムフィン材として板厚100μmのアルミニウム材(JIS A 1050)を用い、脱脂処理後、アルミ材の両面に、耐食性処理剤としてクロメート系処理剤(処理剤イ:日本パーカライジング社製、商品名「アルクロム712」)、又は、有機系処理剤(処理剤ロ:関西ペイント社製、商品名「Cosmer 9105」)をロールコーターで塗装し、耐食性皮膜を形成し、以下の実施例及び比較例で用いるフィン基板イ及びロを作製した。
以下の製造例において、「部」は質量部、「%」は質量%を示す。
(1) アンモニウム塩基含有変性エポキシ樹脂(B)の製造に使用するカルボキシル基含有アクリル樹脂(ca)の製造
〔製造例1:カルボキシル基含有アクリル樹脂(ca-1)の溶液〕
n-ブタノール850部を窒素気流下で100℃に加熱し、その中に単量体混合物及び重合開始剤「メタクリル酸450部、スチレン450部、エチルアクリレート100部、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート 40部」を3時間で滴下し、滴下後1時間熟成した。次いで、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート10部とn-ブタノール100部との混合溶液を30分間かけて滴下し、滴下後2時間熟成した。次いで、n-ブタノール933部、エチレングリコールモノブチルエーテル400部を加え、固形分約30%のカルボキシル基含有アクリル樹脂(ca-1)の溶液を得た。得られた樹脂は、樹脂酸価300mgKOH/g、重量平均分子量約17,000を有していた。
n-ブタノール1,400部を窒素気流下で100℃に加熱し、その中に単量体混合物及び重合開始剤「メタクリル酸670部、スチレン250部、エチルアクリレート80部、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート50部」を3時間で滴下し、滴下後1時間熟成した。次いで、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート10部とn-ブタノール100部との混合溶液を30分間かけて滴下し、滴下後2時間熟成した。次いで、n-ブタノール373部、エチレングリコールモノブチルエーテル400部を加え、固形分約30%のカルボキシル基含有アクリル樹脂(ca-2)の溶液を得た。得られた樹脂は、樹脂酸価450mgKOH/g、重量平均分子量約14,000を有していた。
〔製造例3:アンモニウム塩基含有変性エポキシ樹脂(ae-1)の水分散体〕
jER828EL〔ジャパンエポキシレジン(株)製、エポキシ樹脂、エポキシ当量約190、数平均分子量約380〕513部、ビスフェノールA287部、テトラメチルアンモニウムクロライド0.3部及びメチルイソブチルケトン89部を仕込み、窒素気流下で140℃に加熱しながら約4時間反応を行い、エポキシ樹脂溶液を得た。得られたエポキシ樹脂はエポキシ当量3,700、数平均分子量約1,7000を有していた。
jER828EL〔ジャパンエポキシレジン(株)製、エポキシ樹脂、エポキシ当量約190、数平均分子量約380〕519部、ビスフェノールA281部、テトラメチルアンモニウムクロライド0.3部及びメチルイソブチルケトン89部を仕込み、窒素気流下で140℃に加熱しながら約4時間反応を行い、エポキシ樹脂溶液を得た。得られたエポキシ樹脂はエポキシ当量2,800、数平均分子量約12,000を有していた。
〔製造例5:水性撥水塗料組成物(D-1)〕
ユニダインTG-500S(注2の*1)を10部(固形分)、製造例3で得た4級アンモニウム塩基含有変性エポキシ樹脂(ae-1)を90部(固形分)、マイコート715(注2の*4)を10部(固形分)加え、更に脱イオン水を加えて固形分を調整して、固形分10%の水性撥水塗料組成物(D-1)を得た。
下記表1及び表2に示す配合に従って各成分を攪拌機で十分に混合し、脱イオン水を加えて固形分を調整して固形分10%の水性撥水塗料組成物(D-2)~(D-8)を作成した。
〔製造例13:ポリビニルアルコール水溶液(e-1)〕
デンカポバールK-05(電気化学工業(株)製、ケン化度99%、重合度550)を水に溶解し、固形分14%のポリビニルアルコール水溶液(e-1)を得た。
「ジュリマーAC10LP」〔日本純薬(株)製のポリアクリル酸、重量平均分子量25,000、酸価779mgKOH/g〕80部を3%-n-ブタノール水溶液535部に溶解させ、固形分13%のアクリル樹脂水溶液(e-2)を得た。
「ジュリマーAC10LHP」〔日本純薬(株)製のポリアクリル酸、重量平均分子量250,000、酸価779mgKOH/g〕80部を3%-n-ブタノール水溶液920部に溶解させ、固形分8%のアクリル樹脂水溶液(e-3)を得た。
製造例13で得た固形分14%のポリビニルアルコール水溶液(e-1)357部に製造例14で得た固形分13%のアクリル樹脂水溶液(e-2)385部を加え、更にアクリル樹脂のカルボキシル基の中和度が0.6当量となるように14.6部の水酸化リチウム一水和物(LiOH・H2O)と3%-n-ブタノール水溶液131.4部との混合溶液(水酸化リチウム一水和物の濃度が10%の溶液)146部加えて混合攪拌を行い、更に3%-n-ブタノール水溶液112部を加えて均一になるように混合攪拌を行い固形分10%の親水塗料組成物(E-2)を得た。表2に塗料配合を示す。
製造例13で得た固形分14%のポリビニルアルコール水溶液(e-1)357部に製造例15で得た固形分13%のアクリル樹脂水溶液(e-3)385部を加え、更にアクリル樹脂のカルボキシル基の中和度が0.6当量となるように14.6部の水酸化リチウム一水和物(LiOH・H2O)と3%n-ブタノール水溶液131.4部との混合溶液(水酸化リチウム一水和物の濃度が10%の溶液)146部加えて混合攪拌を行い、更に3%n-ブタノール水溶液112部を加えて均一になるように混合攪拌を行い固形分10%の親水塗料組成物(E-3)を得た。表2に塗料配合を示す。
〔比較製造例1:4級アンモニウム塩基を含まない変性エポキシ樹脂〕
jER828EL〔ジャパンエポキシレジン(株)製、エポキシ樹脂、エポキシ当量約190、数平均分子量約380〕513部、ビスフェノールA287部、テトラメチルアンモニウムクロライド0.3部、及びメチルイソブチルケトン89部を仕込み、窒素気流下で140℃に加熱しながら約4時間反応を行い、エポキシ樹脂溶液を得た。得られたエポキシ樹脂は、エポキシ当量が3,700であって、数平均分子量が約1,7000であった。
〔実施例1〕
フィン基板として上記フィン基板イを用い、このフィン基板イの一方の面の耐食性皮膜の上に、ロールコーター(又は、バーコーター)により表1に示す水性撥水塗料組成物の塗料D-1を表4に示す膜厚で塗布し、次いでPMT220℃の温度で10秒間乾燥させて架橋撥水性皮膜を形成した。
表4に示すフィン基板を用い、表4に示す水性撥水塗料組成物と親水性塗料組成物として塗料E-1、又は表2に示す塗料E-2又は塗料E-3を用い、上記実施例1と同様にして、また、塗料E-2及び塗料E-3を用いた場合にはPMT230℃及び10秒間の条件で、それぞれ実施例2~8に係る片面撥水性/片面親水性フィン材を調製した。
フィン基板として上記フィン基板イを用い、このフィン基板イの両面に設けられた耐食性皮膜の上に、ロールコーターにより表1に示す水性撥水塗料組成物の塗料D-1を表4に示す膜厚で塗布し、次いでPMT220℃の温度で10秒間乾燥させ、フィン基板イの両面に架橋撥水性皮膜を有する比較例1の両面撥水性フィン材を形成した。
フィン基板として上記フィン基板イを用い、このフィン基板イの両面に設けられた耐食性皮膜の上に、ロールコーターにより表1に示す親水塗料組成物の塗料E-2を表4に示す膜厚で塗布し、次いでPMT230℃の温度で10秒間乾燥させ、フィン基板イの両面に親水性皮膜を有する比較例2の両面親水性フィン材を形成した。
フィン基板として上記フィン基板イを用い、このフィン基板イの一方の面の耐食性皮膜の上に、ロールコーターにより表3に示す比較撥水塗料組成物の塗料F-1を表4に示す膜厚で塗布し、次いでPMT220℃の温度で10秒間乾燥させて撥水性皮膜を形成した。
フィン基板として上記フィン基板イを用い、このフィン基板イの一方の面の耐食性皮膜の上に、ロールコーターにより表1に示す水性撥水塗料組成物の塗料D-2を表4に示す膜厚で塗布し、次いでPMT220℃の温度で10秒間乾燥させて架橋撥水性皮膜を形成した。
フィン基板として上記フィン基板イを用い、このフィン基板イの一方の面の耐食性皮膜の上に、ロールコーターにより表3に示す比較撥水塗料組成物の塗料F-2を表4に示す膜厚で塗布し、次いでPMT220℃の温度で10秒間乾燥させて撥水性皮膜を形成した。
フィン基板として上記フィン基板ロを用い、このフィン基板ロの両面に設けられた耐食性皮膜の上に、ロールコーターにより表3に示す比較撥水塗料組成物F3、F4、F5を表4に示す膜厚で塗布し、次いでPMT220℃の温度で10秒間乾燥させてフィン基板ロの両面に比較撥水性皮膜を有する比較例6~8の両面撥水性フィン材を形成した。
また、比較例9では、フィン基板として上記フィン基板ロを用い、撥水性若しくは親水性皮膜を形成しないフィン材を調製した。
結果を表4に示す。
〔実施例9〕
フィン基板として上記フィン基板イ又はロを用い、このフィン基板イ又はロの両面に設けられた耐食性皮膜の上に、ロールコーターにより表1に示す水性撥水塗料組成物の塗料D-2を表5に示す膜厚で塗布し、次いでPMT220℃の温度で10秒間乾燥させ、フィン基板イの両面に架橋撥水性皮膜を有する実施例9の両面撥水性フィン材を形成した。
フィン基板として上記フィン基板ロを用い、このフィン基板ロの両面に設けられた耐食性皮膜の上に、ロールコーターにより表1に示す水性撥水塗料組成物の塗料D-3を表5に示す膜厚で塗布し、次いでPMT220℃の温度で10秒間乾燥させ、フィン基板の両面に架橋撥水性皮膜を有する実施例10の両面撥水性フィン材を形成した。
フィン基板として上記フィン基板ロを用い、このフィン基板ロの両面に設けられた耐食性皮膜の上に、ロールコーターにより表1に示す水性撥水塗料組成物の塗料D-4を表5に示す膜厚で塗布し、次いでPMT220℃の温度で10秒間乾燥させ、フィン基板の両面に架橋撥水性皮膜を有する実施例11の両面撥水性フィン材を形成した。
フィン基板として上記フィン基板イ又はロを用い、このフィン基板イ又はロの両面に設けられた耐食性皮膜の上に、ロールコーター(又は、バーコーター)により表2に示す親水塗料組成物の塗料E-1、E-2、E-3を表6に示す膜厚で塗布し、次いでE-1では、PMT200℃の温度で10秒間、また、E-2、E-3では、PMT230℃の温度で10秒間それぞれ乾燥させ、フィン基板イ又はロの両面に親水性皮膜を有する3種の両面親水性フィン材(a~c)を形成した。
〔実施例9~11及び比較例10~11〕
以上のようにして作製された表5に示す実施例9~11の両面撥水性フィン材と表6に示す各両面親水性フィン材a~cとを用い、これら両面撥水性フィン材と両面親水性フィン材とを撥水性面と親水性面とが互いに1.5mmの間隔で相対面するように交互に配置して実施例9~11のフィン構造を構成し、実施例1~8の場合と同様にクロスフィンチューブ型の試験用熱交換器を作製し、着霜抑制・凝縮水排除効果の確認試験を実施した。
各実施例9~11及び比較例10~11の結果を表7に示す。
Claims (9)
- アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム板材で形成されたフィン基板と、このフィン基板の一方の面に設けられた着霜抑制効果を有する架橋撥水性皮膜と、フィン基板の他方の面に設けられた凝縮水排除効果を有する親水性皮膜とを備えた熱交換器用のプレコートフィン材であって、
前記架橋撥水性皮膜が、パーフルオロアルキル基及びパーフルオロアルケニル基からなる群より選ばれる少なくとも1種のフッ素原子含有基を有する樹脂(A)、4級アンモニウム塩基含有変性エポキシ樹脂(B)及びアミノ樹脂(C)を含有し、4級アンモニウム塩基含有変性エポキシ樹脂(B)とアミノ樹脂(C)の固形分合計100質量部に対して、パーフルオロアルキル基及びパーフルオロアルケニル基からなる群より選ばれる少なくとも1種のフッ素原子含有基を有する樹脂(A)の固形分が1~30質量部である水性撥水塗料組成物から形成されていることを特徴とする熱交換器用プレコートフィン材。 - 前記架橋撥水性皮膜は、前記フィン基板の両面に設けられた耐食性皮膜の何れか一方の上に形成されている請求項1に記載の熱交換器用プレコートフィン材。
- 前記架橋撥水性皮膜は、その水接触角が100°以上である請求項1又は2に記載の熱交換器用プレコートフィン材。
- 前記親水性皮膜は、その水接触角が40°以下である請求項1~3のいずれかに記載の熱交換器用プレコートフィン材。
- 前記架橋撥水性皮膜は、水性撥水塗料組成物を塗布した後に焼き付けて形成されており、その膜厚が0.05~5.0μmである請求項1~4のいずれかに記載の熱交換器用プレコートフィン材。
- 前記親水性皮膜は、親水塗料を塗布した後に焼き付けて形成されており、その膜厚が0.05~5.0μmである請求項1~4のいずれかに記載の熱交換器用プレコートフィン材。
- 多数の平板状のプレコートフィン材が互いに所定の間隔でかつ平行に配置され、かつ、互いに隣接するプレコートフィン材間において着霜抑制効果を有する撥水性面と凝縮水排除効果を有する親水性面とが相対面するフィン構造を備えた熱交換器であり、
前記多数のプレコートフィン材は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム板材で形成されたフィン基板の一方の面に撥水性面を形成する架橋撥水性皮膜を有すると共に他方の面に親水性面を形成する親水性皮膜を有する多数の片面撥水性/片面親水性フィン材で構成されており、あるいは、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム板材で形成されたフィン基板の両面に撥水性面を形成する架橋撥水性皮膜を有する複数の両面撥水性フィン材と、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム板材で形成されたフィン基板の両面に親水性面を形成する親水性皮膜を有する複数の両面親水性フィン材とで構成されており、
前記架橋撥水性皮膜は、パーフルオロアルキル基及びパーフルオロアルケニル基からなる群より選ばれる少なくとも1種のフッ素原子含有基を有する樹脂(A)、4級アンモニウム塩基含有変性エポキシ樹脂(B)及びアミノ樹脂(C)を含有し、4級アンモニウム塩基含有変性エポキシ樹脂(B)とアミノ樹脂(C)の固形分合計100質量部に対して、パーフルオロアルキル基及びパーフルオロアルケニル基からなる群より選ばれる少なくとも1種のフッ素原子含有基を有する樹脂(A)の固形分が1~30質量部である水性撥水塗料組成物から形成されていることを特徴とする熱交換器。 - 前記多数のプレコートフィン材が、多数の片面撥水性/片面親水性フィン材で構成されている請求項7に記載の熱交換器。
- 前記多数のプレコートフィン材が、複数の両面撥水性フィン材と複数の両面親水性フィン材とで構成されている請求項7に記載の熱交換器。
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