JP5710504B2 - 収着剤がコーティングされたアルミニウムストリップ - Google Patents
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Description
本発明は、バインダおよび収着剤を有する収着層がコーティングされたアルミニウムストリップを製造する方法に関する。また、本発明は、収着剤がコーティングされたアルミニウムストリップおよびその有利な使用方法に関する。
例えば空気を除湿するのに収着ロータが使用され、該収着ロータは、収着剤がコーティングされた、ハニカム構造と同様な多数の薄いチャネルを有している。このような方法により、収着剤がコーティングされた、できる限り大きい表面を形成できる。この場合、収着剤は、例えば吸着または吸収により、空気チャネルを通って流れる空気から水蒸気を除去する。これは、収着剤が飽和され、再生しなければならなくなるまで続けられる。再生は、空気チャネルの少なくとも一領域に加熱された乾燥空気を通すことにより、回転除湿器を用いて行われる。この目的のため、回転除湿器はゆっくりと回転される。空気チャネルは、次に、通常３つのセクタを妨げられることなく通る。３つのセクタのうち第１セクタでは、例えば、除湿すべき空気（例えばビルディングへの供給空気）は空気チャネルを通って流れ、除湿される。第２セクタでは、２０℃〜１２０℃の温度を有する乾燥空気を吹付けることにより収着剤が再生される。すなわち、収着剤から水分が再び抽出される。第３のオプショナルなセクタでは、空気チャネルが洗浄され、再び適正に使用できるようになる。しかしながら、空気を除湿するセクタおよび収着剤を再生するセクタの２つのセクタのみからなる単純な設計も可能である。同様な回転除湿器およびこれらの収着ロータも、しばしば、折畳み型ペーパの形態に形成された空気チャネルを有している。これらの収着ロータの耐久性は低いので、製造業者はアルミニウムストリップに切換えて収着ロータを製造している。この目的のため、アルミニウムストリップはコーティングされ、切断されかつ波型になるように形成され、この結果、波型形成手段によりチャネルが形成される。アルミニウムストリップは、これまで、ディッピングプロセスでコーティングされ、次の分散プロセスで収着層が塗布された。しかしながら、このプロセスは極めて精巧で高価なものである。また、コイルコーティングプロセスすなわちアプリケータロールを用いてアルミニウムストリップをコーティングする試みもなされている。しかしながら、コスト有効性に優れたこのコーティングプロセスでも、アルミニウムへの収着層の接着、および例えば水蒸気の収着能力に関する仕上げコーティングされたアルミニウムストリップの非常に不安定な性能特性について問題がある。収着剤を濡らすバインダも、問題があることが証明されている。
これを出発点とし、本発明は、収着層がコーティングされたアルミニウムストリップの製造方法を提供するという目的に基づいており、本発明の製造方法により、アルミニウムストリップは、例えば水蒸気の収着に関して一定の性能特性を有するコスト有効性に優れた態様でコーティングできる。また、本発明は、本発明にしたがってコーティングされたアルミニウムストリップおよびその有利な使用方法を提供するという目的に基づいている。
上記目的は、液体に加えて、固体として形成された少なくとも１つのバインダと、収着剤とからなる懸濁液を、コイルコーティングプロセスでアルミニウムストリップに塗布し、塗布された懸濁液と一緒に乾燥プロセスを受けさせ、該乾燥プロセスで、バインダを活性化させることにより収着層がコーティングされる本発明のアルミニウムストリップの製造方法により達成される。
液体（通常は、水）と、固体として形成された少なくとも１つのバインダと、収着剤とからなる懸濁液を使用することは、コイルコーティングプロセス中に、収着剤がバインダを介して濡らされることなくまたは収着剤の微孔がバインダにより閉塞されることなく、懸濁液が液体のように挙動でき、かつアルミニウムストリップが懸濁液により非常に均一にコーティングされることを意味する。今やアルミニウムストリップ上に均一に分散された懸濁液は、依然として活性化されていないバインダと、同じくアルミニウムストリップ上に非常に均一に分散されている収着剤とを有している。アルミニウムストリップは、次に乾燥プロセスに通され、ここでバインダが活性化されかつ懸濁液中の液体が蒸発される。
乾燥プロセス中に行うことはバインダを活性化することだけであるということは、バインダの接着特性が損なわれることなく、バインダの極めて薄い層がアルミニウムストリップに塗布されかつ収着剤がバインダを介して濡らされるのは極く僅かであることを意味する。固体として形成されるバインダは、例えばポリマーであるのが好ましい。この結果、このようにして作られるアルミニウムストリップは、収着性能に関して特に均質な性能特性を有し、同時に非常に経済的な形態で作られる。
乾燥プロセスは６０℃〜３８０℃の温度で行われる。このような温度は、通常、固体として形成されたバインダを活性化するのに充分な温度である。バインダを活性化することにより、本発明により、バインダが、収着剤とアルミニウムストリップとの間に接合を形成する状態に変換されることは理解されよう。これは、ポリバインダを用いて、例えば、乾燥中におよび／または乾燥後の冷却中に、固体粒子を液化しかつこれらの液化された固体粒子を硬化させることにより達成される。
本発明による方法の他の有利な実施形態によれば、収着剤としてゼオライトまたはシリカゲルが使用される。なぜならば、これらはコスト有効性に優れており、かつ例えば水蒸気に対して特に優れた収着特性を有しているからである。また、収着剤として塩化リチウムを使用することもできる。
バインダが、懸濁重合および／または懸濁共重合により作られる場合には、固体として形成されたバインダが球状体として、すなわち懸濁重合体として懸濁液中に存在する。バインダ球状体は乾燥プロセス中の加熱により解体され、これにより、球状体内に保持されたバインダ分子が一体化され、特に薄いバインダ層を形成する。このバインダ層は、収着剤の粒子、例えばシリカゲル粒子またはゼオライト粒子を、これらの表面を濡らすことなく結合する。また、球状体のバインダを用いることにより、バインダは、懸濁液中のバインダの固形分が非常に少ない場合でも特に均一に分散される。
アルミニウムストリップへの接着および収着剤の結合に関する特に優れた特性は、アクリレートコポリマーおよびスチレンコポリマーの混合物、ポリ酢酸ビニルのポリマーおよびコポリマー、ポリビニルアセタール、ポリビニルアルコール、ポリビニルエーテル、ポリウレタンおよび／またはポリメタクリレートのホモポリマーおよびコポリマーの混合物を含有するバインダにより得られる。懸濁重合形態および活性化された形態に作られる全てのバインダは、アルミニウムストリップへの収着剤の非常に優れた接着特性を呈する。バインダの薄い層厚を有するこれらの材料による収着剤の濡れは僅かである。
アルミニウムストリップの収着特性を特定するため、濁液中の収着剤の固形分は５％〜９０％の間にある。固形分が７０％を超えると、特に高い性能特性が得られた。収着剤の９０％を超える高い含有量では、バインダの含有量が少な過ぎるため、接着特性が損なわれる危険性が生じる。
添加剤としてポリビニルアルコール、ポリアクリレートおよび／またはポリビニルブチラールが、好ましくは水性懸濁液に添加されるならば、アルミニウムストリップの収着層の収着効果が更に最適化される。なぜならば、添加剤の添加により、付加的な結合部位を収着剤粒子に利用できるようになり、したがって収着剤の固形分が更に増大されるからである。
コーティングシステムには銀ナノ粒子を一体化するのが好ましい。これにより、アルミニウムストリップが、収着層による抗菌効果をもつようになるからである。この目的のため、懸濁液中の銀ナノ粒子がアルミニウムストリップに塗布される。また、他の機能的成分を懸濁液に添加することにより、収着層に他の特性を付与できる。
他の例示実施形態によれば、アルミニウムストリップの表面は、コーティングプロセス前に予処理好ましくはクロム酸塩処理される。これにより、バインダの接着特性およびアルミニウムストリップの耐食性が改善される。
アルミニウムストリップの場合、上記目的は、本発明の方法を用いて、片面に収着層をコーティングすることにより、およびアルミニウムストリップの厚さを０．０３ｍｍ〜０．６ｍｍ、好ましくは０．０６ｍｍ〜０．２ｍｍにすることにより達成される。このようなアルミニウムストリップは、収着剤を特に経済的にコーティングできるだけでなく、収着ロータを容易に製造できる。この目的のためには、アルミニウムストリップは、波型になりかつコイルとして巻回されるサイズに切断されかつ形成されなくてはならない。
本発明によるアルミニウムストリップの他の例示実施形態によれば、収着コーティングの厚さを２ｇ/ｍ２〜３０ｇ/ｍ２、好ましくは５ｇ/ｍ２〜８ｇ/ｍ２にすることにより、収着力について特に高い性能特性が得られることが証明されている。このような層厚にすることにより、最高の収着特性を有する最適接着特性が得られる。
本発明によるアルミニウムストリップの次の例示実施形態により、アルミニウムストリップが、ＥＮ ＡＷ ８００６タイプまたはＥＮ ＡＷ ８０１１タイプのアルミニウム合金からなる場合には、アルミニウムストリップが特に優れた強度値を有し、したがって特に薄い厚さを容易に加工できるようになる。例えばこのようなアルミニウムストリップは１８０ＭＰａを超える降伏点および２５０ＭＰａを超える引っ張り強度有し、したがって、収着ロータの製造にとって最適の加工特性を有するものとなる。任意であるが、予処理好ましくはクロム酸塩処理されたアルミニウムストリップに収着剤をコーティングすることもでき、これにより、接着特性および耐食性を改善できる。
最後に、熱交換器、循環熱交換器より詳しくは収着ロータ装置および活性除湿装置の製造に、本発明にしたがってコーティングされたアルミニウムストリップを使用することは特に有利である。なぜならば、これらの製造には、収着剤がコーティングされた特に大きい表面が必要とされ、これは、本発明の方法により経済的に作ることができかつコーティングされたアルミニウムストリップも本発明の方法を用いて作ることができるからである。０．０３ｍｍ〜０．６ｍｍの厚さを有する特に薄いアルミニウムストリップは、特にコンパクトな収着ロータおよび除湿装置を作ることができる。
収着剤がコーティングされたアルミニウムストリップを製造する本発明による方法、本発明によるアルミニウムストリップおよびその使用方法を開発しおよび改善するための多くの可能性がある。この点に関しては、請求項１に従属する特許請求の範囲の記載および図面に関連する例示実施形態の説明を参照されたい。
最初に、図１には、アルミニウムストリップ１に収着層をコーティングする本発明による方法が概略的に示されている。アルミニウムストリップ１はデコイラ２から巻き解かれ、アプリケータロール（図示せず）を備えたコイルコーティング装置３に搬送される。コイルコーティング装置３でアルミニウムストリップ１の一面または両面にコーティングされた後、アルミニウムストリップ１は連続炉４に搬送され、該連続炉４は、収着剤およびバインダからなる懸濁液が塗布されたアルミニウムストリップ１に乾燥プロセスを受けさせる。乾燥プロセス中の温度は、金属表面上で高くても６０℃〜３００℃、すなわちＰＭＴ（ピーク金属温度：Peak metal temperature）は６０℃と３００℃との間にある。
次に、アルミニウムストリップ１（好ましくは冷却状態にある）が、コイラ５上でコイル状に巻回される。もちろん、乾燥プロセスの後に、アルミニウムストリップ１を直接他の製造プロセス、例えば、ブランク製造プロセス、ストリップを収着ロータで使用すべき幅に分離するプロセスおよび／またはアルミニウムストリップが波打つように成形するするプロセスに搬送することもできる。
本発明によれば、固体として形成されたバインダは、乾燥プロセス中に部分的に活性化され、対応細幅層厚でアルミニウムストリップ１上の懸濁液中に分散される。これにより、特に薄いバインダ層厚が可能になり、バインダによる収着剤表面の濡れが最小になる。この点で、アルミニウムストリップ上で最大収着表面を利用可能になる。
これは、図２ａ〜図２ｃから明らかになる。図２に示した例示実施形態のアルミニウムストリップ１は、例えば、アルミニウムストリップ１の接着特性および耐食特性を向上させるクロム酸塩コーティング６を有している。アプリケータロールを用いたコイルコーティングプロセス３により、液体８（好ましくは水）と、固体として形成されたバインダ９と、収着剤１０とからなる懸濁液７が、今やストリップ１に塗布される。図２ｂに示す例示実施形態では、懸濁液７中に銀ナノ粒子１１も付加的に含有されている。銀ナノ粒子１１は、乾燥プロセス後のアルミニウムストリップ表面上に抗菌効果を生じさせる。図２ｂに示すように、懸濁液７中のバインダ９は最初は活性化されず、アルミニウムストリップ１上に微細に分散された球状の固体として存在するのが好ましい。球状の形状は、例えば、アクリレートポリマーとスチレンポリマーとの混合物の懸濁重合および／または懸濁共重合により得られる。
図２ｃには、乾燥プロセス後のアルミニウムストリップ１が断面図で示されている。乾燥プロセス中、懸濁液７中の蒸発した水８だけでなく、バインダ９も球状バインダ粒子により活性化される。球状バインダ粒子は乾燥プロセス中に破裂（bursting open、aufplatzen（英、独訳））し、その後アルミニウムストリップ１上に極めて薄いバインダ層９を残す。銀ナノ粒子１１はバインダ層内に分散されかつ部分的に収着剤粒子１０間の表面上に横たわり、抗菌効果を呈する。
図３は、本発明によりコーティングされたアルミニウムストリップの顕微鏡表面写真を示すものである。図３の例示実施形態では、アクリレートコポリマーとスチレンコポリマーとの混合物がバインダとして使用され、シリカゲルが収着剤として使用された。バインダ９は収着剤１０を僅かに濡らすに過ぎないため、収着剤１０の収着能力は極く僅か損なわれるに過ぎないことは明らかに理解されよう。この結果、非常に高い収着能力を有するアルミニウムストリップを提供することができる。
これらは例えば収着ロータ１２に使用され、収着ロータ１２の作動は図４の斜視図に示されている。収着ロータ１２は、通常、同心状通路内に分散された空気チャネルを備えた平円筒体で構成される。図４に示す例示実施形態の空気チャネルは、対応するコイル状の波型アルミニウムストリップ１から作られる。アルミニウムストリップ１は、約０．０７ｍｍの厚さを有しかつ対応する波型を有することが好ましい。
ゆっくりと回転する収着ロータ１２は、少なくとも１つのセクタで加熱装置１３を介して加熱された空気１４に露出される。これにより、アルミニウムストリップ１上に存在する収着層は、高温の空気が流される領域で再生される。すなわち、収着剤中に含有された水分が、通常２０℃〜１２０℃の温度を有する加熱空気のために抽出される。このようにして再生された空気チャネルは、次に、収着ロータのゆっくりした回転により回転されて第２セクタ内に入り、該第２セクタにおいて、空気チャネルに、例えば外部の湿り空気１５が流される。収着剤１０が、外部空気１５中に含有される水分を除去し、このため、流入空気１６は乾燥される。本発明によるアルミニウムストリップを備えた収着ロータ１２は、収着剤として例えばシリカゲルまたはゼオライトを使用する場合には、空気からの水分の除去に関して高い性能特性を呈する。必要なアルミニウムストリップは、本発明の方法により経済的に作ることもできる。
最後に図５には、収着ロータ１２と、本発明によりコーティングされた、収着ロータ１２内のアルミニウムストリップ１の波型連続体とが示されている。波型になるように形成されたアルミニウムストリップ１が、空気チャネル１７が形成されるようにして、同心状に配置された円形アルミニウム通路の間に配置されている。収着ロータの収着能力を最大にするには、収着ロータ１２に使用するアルミニウムストリップ１の両面をコーティングするのが好ましい。
１ アルミニウムストリップ
３ コイルコーティング装置
４ 連続炉
６ クロム酸塩コーティング
７ 懸濁液
９ バインダ
１０ 収着剤
１１ 銀ナノ粒子
１２ 収着ロータ
１３ 加熱装置
１７ 空気チャネル
３ コイルコーティング装置
４ 連続炉
６ クロム酸塩コーティング
７ 懸濁液
９ バインダ
１０ 収着剤
１１ 銀ナノ粒子
１２ 収着ロータ
１３ 加熱装置
１７ 空気チャネル
Claims (9)
- バインダおよび収着剤を有する収着層がコーティングされたアルミニウムストリップの製造方法において、液体と、固体として形成された少なくとも１つのバインダと、収着剤とからなる懸濁液が、コイルコーティングプロセスでアルミニウムストリップに塗布され、アルミニウムストリップは、塗布された懸濁液と一緒に乾燥プロセスを受け、該乾燥プロセスでは、懸濁液中の液体が蒸発されかつ乾燥中におよび／または乾燥後の冷却中に、固体バインダを液化しかつ該液化された固体バインダを硬化させることによりバインダが活性化されることを特徴とするアルミニウムストリップの製造方法。
- 前記乾燥プロセスは６０℃〜３８０℃の温度で行われることを特徴とする請求項１記載のアルミニウムストリップの製造方法。
- 前記収着剤としてゼオライトまたはシリカゲルが使用されることを特徴とする請求項１または２記載のアルミニウムストリップの製造方法。
- 前記バインダは、懸濁重合および／または懸濁共重合により作られることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のアルミニウムストリップの製造方法。
- 前記バインダは、アクリレートコポリマーおよびスチレンコポリマーの混合物、ポリ酢酸ビニルのポリマーおよびコポリマー、ポリビニルアセタール、ポリビニルアルコール、ポリビニルエーテル、ポリウレタンおよび／またはポリメタクリレートのホモポリマーおよびコポリマーの混合物からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のアルミニウムストップの製造方法。
- 前記懸濁液中の収着剤の固形分は５％〜９０％の間にあることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のアルミニウムストリップの製造方法。
- 前記懸濁液は、添加剤としてポリビニルアルコール、ポリアクリレートおよび／またはポリビニルブチラールを有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載のアルミニウムストリップの製造方法。
- コーティングシステムには銀ナノ粒子が一体化されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載のアルミニウムストリップの製造方法。
- 前記アルミニウムストリップの表面は、コーティングプロセス前に予処理されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載のアルミニウムストリップの製造方法。
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