JPS6357674A - 親水性皮膜形成用処理剤及び処理方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明はアルミニウム材料の表面処理剤及び処理方法に
関し、さらに詳しくは熱交換器のアルミニウムフィンに
耐食性及び持続的親水性を有するとともに臭気を発生し
ない皮膜を形成せしめる親水性表面処理剤及び処理方法
に関する。

［従来の技術及び問題点］ アルミニウムやその合金は、軒昂で且つ優れた加工性及
び熱伝導性を有するために、熱交換器の分野に広く利用
されている。空調システムの普及に伴なって冷房、除湿
及び冷暖房兼用型の空調器が増加し、これらの空調器の
熱交換部には、一般にアルミニウム合金製フィンが使用
されている。

空調器のフィン表面には冷房運転中空気中の水分が凝縮
水として付着する。この付着した凝縮水は、フィン表面
が撥水性であると、フィン表面上で半球形となったりフ
ィン間にブリッジを形成したりして、空気のスムーズな
流れを妨げ、通風抵抗を増大させ、熱交換効率を低下さ
せる。

また、アルミニウムやその合金は本来耐蝕性に優れてい
るが、凝縮水がフィン表面に長期間滞留すると、酸素濃
淡電池の形成あるいは大気中の汚染成分が次第に吸着、
濃縮されて水和反応、腐蝕反応が促進される。この腐蝕
による生成物はフィン表面上に堆積し、熱交換特性を害
するのみならず、冬期の暖房運転時に白い微粉となって
送ｍｉによってｆｉｆｆｌとともに排出されるという欠
点も生じる。

そこで、これらの問題点を改善するため、フィンの耐蝕
性を向上させると同時に、その表面の親水性をも増大さ
せる皮膜をフィン表面に形成する試みがなされた。

かかる皮膜は無機質皮膜と有ａ賀皮膜とに大別される。

無機質皮膜を形成する方法としては、例えばクロメート
処理による耐食性皮膜を付与した後、酸化珪素と酸化ナ
トリウムとを主成分とする水溶液に浸漬することにより
、親水性皮膜を形成する方法が提案されている（特開昭
５９−１３０７８号）。しかしかかる無機質皮膜は親水
性及び耐食性に優れているが、ケイ酸塩を含有するため
、シリカ特有の臭気を空調器から発し、不快感を与える
という欠点がある。またプレコート処理に適用した場合
は、切断時に皮膜にクラックが入って耐食性が低下した
り、裁断時に工具摩耗が著しいという欠点がある。

また特開昭５８−８０３５５Ｍは、（ａ）　Ｓ　ｉ　Ｑ
ｔ　／　Ｍ　２０のモル比が２〜５であるアルカリ金属
シリケート、（ｂ）微粒子状の親水性珪酸もしくは珪酸
塩１、及び（ｃ）シランカップリング剤または周期表第
４族遭移元素のオルト酸エステルもしくはその誘導体を
混合してなる親水性皮膜形成用組成物を開示している。

しかしこの組成物により形成された皮膜は親水性に優れ
ているが、使用時に臭気を発するという欠点を有してい
る。

一方、有機質皮膜を形成する方法としては、例えば水溶
性あるいは水分散性高分子樹脂にシリカ微粒子を配合し
た水溶液を塗布した後、加熱硬化して親水性皮膜を形成
する方法が提案されている（例えば特開昭５５−９９９
７６号）。しかしこの皮膜は、シリカ微粒子を含有して
いるため、プレコート処理に適用した場合は切断時に皮
膜にクラックが入って耐食性が低下し、また裁断時に工
具が著しく摩耗し、親水性もやや劣り、さらに軽微なが
らシリカ特有の臭気を空調器から発し不快感があるとい
う問題がある。

従って本発明の目的は、親水性及び耐食性が優れている
とともに臭気を発生することのない親水性皮膜を形成す
るための処理剤を提供することである。

本発明の他の目的はかかる性質を有する親水性皮膜を形
成する方法を提供することである。

［問題点を解決するための手段］ 以上の目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、親水性
皮膜中のアルカリ金属シリケートが臭気発生の原因であ
り、それにアミノアルコールと水溶性樹脂及び／又は水
溶性シランカップリング剤とを添加することにより、耐
食性及び親水性に優れているとともに臭気を発生しない
親水性皮膜が形成できることを発見し、本発明に想到し
た。

すなわち、本発明の親水性皮膜形成用処理剤は、（ａ）
アルカリ金属シリケート、（ｂ）アミノアルコール、及
び（ｃ）水溶性樹脂及び／又は水溶性シランカップリン
グ剤を含有することを特徴とする。

また本発明のアルミニウム材料の処理方法は、アルミニ
ウム材料に耐食性皮膜を形成した後、（ａ）アルカリ金
属シリケート、（ｂ）アミノアルコール、及び（ｃ）水
溶性樹脂及び／又は水溶性シランカップリング剤を含有
する処理液にて親水性皮膜を形成することを特徴とする
。

本発明に使用するアルカリ金属シリケートは−般にＭ　
２　Ｓ　！　０３又は５ｉ０２・Ｍ２Ｏ（ただしＭはア
ルカリ金属）として表わされる。アルカリ金ｆｉ（Ｍ）
としては、リチウム、ナトリウム、カリウム等の１種又
は２種以上を使用することができるが、特性及び価格の
点から特にカリウムが好ましい。Ｓ　ｉ　Ｏ２とＭ２Ｏ
とのモル比は０．５〜３が好ましく、５ｉ０２／Ｍ２０
が０．５未満では耐食性が十分でなく、また３を超える
と臭気抑制効果が低くなる。また本発明の処理剤は通常
水溶液の形で使用するが、その処理剤中のＳｉＯ２の濃
度は０．１〜１．０重量％である。Ｓｉｎｇ濃度が０．
１重量％未満だと耐食性が十分でなく、また１重量％を
超えると親水性及び耐食性は良好であるが１、たまり部
に白粉ができ、外観上好ましくない。

前述の通りアルカリ金属シリケートは熱交換器のフィン
の皮膜として使用した場合特有の臭気を発生する。この
臭気は空調器（エアコン）の始動時に特に強く発生し、
エアコンの運転を継続しているうちに次第に減少してい
く。その原因はまだ完全には解明されていないが、エア
コンの停止期間中に熱交換器のシリケート皮膜中のシラ
ノール（Ｓｉ−ＯＨ）基に吸着された臭気物質がエアコ
ンの始動により脱着され、空気とともに吹き出されるた
めであると考えらる。エアコンの使用中フィンの表面の
湿度は非常に高くなり結露が起るので、臭気物質が水分
子と置換され、臭気は増大する。また使用回数を重ねる
と臭気がますます強くなる傾向があるが、これはエアコ
ンの熱交換器のフィン上の結露によりアルカリ金属シリ
ケート皮膜中のアルカリ金属が溶解し、微細孔ができて
活性シラノール基を有する表面積が一層増大するためで
あると考えられる。

アミノアルコールはこのアルカリ金属シリケート皮膜に
特有の臭気発生作用を大幅に抑制することがわかった。

そのメカニズムについては完全にはわからないが、アミ
ノアルコールは造膜性に優れ、緻密で安定した皮膜を形
成することができるので、それを含有するアルカリ金属
シリケート皮膜は温水浸漬によってもアルカリ金属の溶
解がほとんとなく、臭気物質の吸着サイトとなる微細孔
がほとんど形成されないためであると考えられる。

一方アミノアルコールを含有しない処理剤から得た皮膜
はアルカリ金属の溶解が多いためにポーラスとなってお
り、臭気物質の吸着・脱着が多い。

また温水浸漬前でもアミノアルコールを含有する処理剤
により形成された皮膜のほうが臭気発生が少ないが、こ
れも同様の理由による。

このような臭気抑制作用を有するアミノアルコールは、
一般式： （ただし、Ｒ１及びＲ２はＨ又はＣ１〜Ｃ４のアルキル
基又はアルキルアルコール基を表わす。）を有するもの
が好ましい。炭素数が４より大きくなると疎水基が大き
くなりすぎてアミノアルコールの親水性が低下するので
好ましくない。

上記一般式により表わされるアミノアルコールは、具体
的にはエタノールアミン、Ｎ、Ｎ−ジメチルエタノール
アミン、Ｎ、Ｎ−ジエチルエタノールアミン、ジェタノ
ールアミン、Ｎ−メタルジェタノールアミン、トリエタ
ノールアミン等である。

アミノアルコールの処理剤中の濃度ｔよ０．５〜５重量
％が好ましい。０．５重量％未満では臭気抑制効果が小
さい。しかし５重量％を超えても添加量増大に見合う臭
気抑制効果の向上が得られず、経済的でない。より好ま
しい濃度は０．５〜３重量％である。

アミノアルコールにより臭気の大幅な低減が達成される
が、さらに水溶性樹脂及び／又は水溶性シランカップリ
ング剤の添加により臭気を完全に抑制することができる
。

水溶性樹脂としては、それ自身水溶性であり、次工程の
焼付は乾燥時に親水基が反応して親水性が失われること
がないものであれば、いかなるものでも使用することが
できる。水溶性樹脂は水酸基、二扱アミン及び三級アミ
ンの少くとも１種を水溶性蛋白天然高分子等が有効であ
る。多糖類天然高分子としては可溶性デンプン、カルボ
キシメチルセルロース、アラビアガム、グアーガム、ア
ルギン酸ソーダ等を使用することができ、水溶性蛋白天
然高分子としてはゼラチン等を使用することができる。

水溶性シランカップリング剤は水溶性樹脂と同様の作用
をする。アルカリ水溶液中で安定であることが必要であ
り、特に下記の一般式を有するものが好ましい。

（１）（Ｒ１０）３−８１−Ｒ２−ＮＨ２又は（Ｒ１０
）２−３　！−Ｒ２−ＮＨ−Ｒ２−ＮＨ２（ただし、Ｒ
１は０１〜Ｃ３のアルキル基、Ｒ２はＣ１〜Ｃ３のアル
キレン基。） なおＲ１及びＲ２の炭素数が４以上となると親水性が不
十分となる。

（ただし、Ｒ１はＣ１〜Ｃ３のアルキル基、Ｒ２はＣ１
〜Ｃ３のアルキレン基、ｍ及びｎは任意の整数。） なおｍ＋ｎが１０未満では親水性が不十分であるので、
１０≦ｍ＋ｎであることが好ましい。

式（１）により表されるシランカップリング剤として、
具体的にはＮ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピル
トリメトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミ
ノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピ
ルトリエトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−ア
ミノプロピルトリエトキシシラン等があげられ、後二者
が特に好ましい。

水溶性樹脂及び／又は水溶性シランカップリング剤の添
加量は処理剤に対して０．１〜５重量％である。０．１
重量％未満だと臭気抑制効果が小さく、また５重量％を
超えても添加量に見合う効果が得られず、経済的でない
。、好ましい添加量は０．２〜２重量％である。

水溶性樹脂及び／又は水溶性シランカップリング剤は、
熱交換器のアルカリ処理剤での処理後そのまま乾燥する
ことにより皮膜中に残留する。これらの多くは水又は温
水中への浸漬により溶解、消失するが、一部がアルカリ
金属シリケート皮膜に吸着した状態で残留する。この残
留したものが臭気抑制効果を発揮すると考えられる。

本発明の親水性皮膜形成用処理剤は大気中の炭酸ガスを
吸収するとＰＨが低下するが、これは造膜性の低下に導
き好ましくないので、処理剤のＰＨを常に１１〜１４に
維持する。ＰＨが１１より低いと臭気抑制効果が不十分
であり、１４より高いと耐食皮膜の剥離が起る。特にＰ
　ｌ−１は１１．５〜１３．５に維持するのが好ましい
。このためにＫ　ＯＨｌＮａＯＨ，Ｌ　ｉＯＨ等のアル
カリ水酸化物を適量添加する。

本発明による熱交換器のフィン等のアルミニウム材料の
処理方法について以下に説明する。

まず本発明の親水性皮膜形成用処理剤による処理の前に
、耐食性皮膜を形成する。耐食性皮膜はクロメート処理
により得るのが好ましい。クロメート処理は無水クロム
酸と無ｔｉ１Ｍ（硫酸、塩酸、フッ酸、リン酸等）に添
加剤を加えて調整された処理液により行う。無機酸とし
てリン酸を使用するリン酸クロメート系と、その他の酸
を用いるクロミウムクロメート系とがあるが、いずれも
使用することができる。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が
、複雑な形状の熱交換器のフィンに対しては浸漬法が簡
便で好ましい。クロメート処理により得られる耐食性皮
膜のＣｒｆｆ１は１５０〜２００Ｉｎｇ／ＴＩｔである
。なお、耐食性皮膜の形成の前に必要に応じ脱指処理を
することができる。

耐食性皮膜を形成したアルミニウム材料は水洗する。水
洗は流水により１０〜３０秒程度洗うのが好ましい。

水洗後、上記親水性皮膜形成用処理剤により処理し、親
水性皮膜を形成する。この処理は浸漬法、スプレー法、
刷毛塗り法等により行うことができるが、上記と同じ理
由により浸漬法が好ましい。

浸漬法は２０〜７０°Ｃの処理剤に耐食性皮膜を形成し
た被塗物を０．５〜５分間浸漬することにより行う。浸
漬後、１５０〜２４０℃で１５〜６０分間乾燥すること
により親水性皮膜を得る。

［実施例］ 本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明する。

実施例１〜１０ アルミニウム板を脱脂後、アロヂン４０７／４７（商品
名：日本ペイント＠製）で浸漬法によりリン酸クロメー
ト処理を行い、Ｏｒ　１５０〜２００■／Ｔ１ｔの耐食
性皮膜を形成した。このクロメート処理したアルミニウ
ム板を流水で２０秒間洗浄した。

次に第１表に示す組成及びＰＨのアルカリ処理液に、第
１表に示す処理条件でアルミニウム板を浸漬し、２００
℃で３０分間乾燥することにより親水性皮膜を形成した
。得られた各親水性皮膜について、臭気試験、親水性持
続性試験及び耐食性試験を行った。各試験の方法及び評
価基準は以下の通りである。

（１）臭気試験 各親水性皮膜形成アルミニウム板（以下単にサンプルと
いう）を５０℃の温水に３分間浸漬し、自然乾燥後１時
間放置してから臭気試験を行った。

評価基準は以下の通りである。

◎：無臭 Ｏ：機具 Δ：中程度の臭気 ×：強臭 ＋２１親水性持続性試験 各サンプルについて、室温の飽和オレイン酸蒸気中に１
６時間放置した後で水中に７時間浸漬し、次いで８０℃
で１０分間乾燥することからなるサイクルを５サイクル
実施し、その後水滴による接触角Ｑを測定した。評価基
準は以下の通りである。

◎：Ｑ≦５゜ ０：５＜Ｑ≦２０” Δ：２０°くＱ≦３０゜ ×：３０°くＱ （３）耐食性試験 ＪＩＳ　　Ｋ　　５４００　７．６にしたがってサンプ
ルを塩化ナトリウム水溶液に浸漬し、皮膜の耐塩水性を
調べた。塩化ナトリウム水溶液の濃度は３　ｗ　／　ｖ
％であり、温度は約２０℃であった。

また浸漬時間は３００時間であった。評価基準は以下の
通りである。

◎：まったく異常なし Ｏ：白すビ発生面ＭＡ２％以下 以上の試験結果は第２表に示す。

比較例１〜３ 第１表に示すようにアミノアルコール等の必須成分を含
有しないアルカリ処理液を用いた以外基本的に実施例１
〜１０と同じ条件で親水性皮膜を形成し、同様の試験を
行った。結果を第２表に併記する。

第　　２　　表 以下の結果から明らかなように、本発明の親水性皮膜形
成用処理剤を用いた場合皮膜は優れた親水性持続性及び
耐食性を有するのみならず臭気の光生が著しく抑制され
ていることがわかる。

［発明の効果］ 以上に詳述した通り、本発明の親水性皮膜形成用処理剤
はアルカリ金属シリケートにアミノアルコールと水溶性
樹脂及び／又は水溶性シランカップリング剤とを添加し
たものであるので、優れた親水性（親水性持続性）及び
耐食性を有する皮膜を形成することができるのみならず
、得られた皮膜は優れた臭気抑制効果を有する。親水性
皮膜は特に空調器等の熱交換器に形成するものであるの
で、空調器の始動時の不快臭を防止できたことは極めて
有意義である。さらに本発明の処理剤は一般の樹脂含有
タイプのものと異なり、熱交換器のフィン間にブリッジ
を形成することがないので、作業性が非常に良いという
利点も有する。

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ａ）アルカリ金属シリケート、 （ｂ）アミノアルコール、及び （ｃ）水溶性樹脂及び／又は水溶性シランカップリング
   剤 を含有することを特徴とする親水性皮膜形成用処理剤。
2. （２）特許請求の範囲第１項に記載の親水性皮膜形成用
   処理剤において、前記アルカリ金属シリケートのＳｉＯ
   ＿２／Ｍ＿２Ｏがモル比で０．５〜３であることを特徴
   とする親水性皮膜形成用処理剤。
3. （３）特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の親水性
   皮膜形成用処理剤において、前記処理剤中のＳｉＯ＿２
   濃度が０．１〜１．０重量％であることを特徴とする親
   水性皮膜形成用処理剤。
4. （４）特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記
   載の親水性皮膜形成用処理剤において、前記処理剤のＰ
   Ｈが１１．５〜１３．５であることを特徴とする親水性
   皮膜形成用処理剤。
5. （５）特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに記
   載の親水性皮膜形成用処理剤において、前記アミノアル
   コールが下記一般式： ▲数式、化学式、表等があります▼ （ただし、Ｒ＿１及びＲ＿２はＨ又はＣ＿１〜Ｃ＿４の
   アルキル基又はアルキルアルコール基を表わす。）を有
   することを特徴とする親水性皮膜形成用処理剤。
6. （６）特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに記
   載の親水性皮膜形成用処理剤において、前記処理剤中の
   アミノアルコール濃度が０．５〜５．０重量％であるこ
   とを特徴とする親水性皮膜形成用処理剤。
7. （７）特許請求の範囲第１項乃至第６項のいずれかに記
   載の親水性皮膜形成用処理剤において、前記水溶性樹脂
   が水溶性ナイロン、多糖類天然高分子又は水溶性蛋白系
   天然高分子であることを特徴とする親水性皮膜形成用処
   理剤。
8. （８）特許請求の範囲第１項乃至第７項のいずれかに記
   載の親水性皮膜形成用処理剤において、前記水溶性樹脂
   が水酸基、二級アミン及び三級アミンの少くとも一種を
   有するものであることを特徴とする親水性皮膜形成用処
   理剤。
9. （９）特許請求の範囲第１項乃至第８項のいずれかに記
   載の親水性皮膜形成用処理剤において、前記水溶性シラ
   ンカップリング剤がγ−アミノプロピルトリエトキシシ
   ラン又はＮ−（βアミノエチル）γ−アミノプロピルト
   リエトキシシランであることを特徴とする親水性皮膜形
   成用処理剤。
10. （１０）特許請求の範囲第１項乃至第９項のいずれかに
    記載の親水性皮膜形成用処理剤において、前記水溶性樹
    脂及び／又は前記水溶性シランカップリング剤が処理剤
    中０．１〜５重量％であることを特徴とする親水性皮膜
    形成用処理剤。
11. （１１）アルミニウム材料に耐食性皮膜を形成した後、
    （ａ）アルカリ金属シリケート、 （ｂ）アミノアルコール、及び （ｃ）水溶性樹脂及び／又は水溶性シランカップリング
    剤 を含有する処理液にて親水性皮膜を形成することを特徴
    とするアルミニウム材料の処理方法。
12. （１２）特許請求の範囲第１１項に記載の方法において
    、前記アルカリ金属シリケートのＳｉＯ＿２／Ｍ＿２Ｏ
    がモル比で０．５〜３であることを特徴とする方法。
13. （１３）特許請求の範囲第１１項又は第１２項に記載の
    方法において、前記処理液中のＳｉＯ＿２濃度が０．１
    〜１．０重量％であることを特徴とする方法。
14. （１４）特許請求の範囲第１１項乃至第１３項のいずれ
    かに記載の方法において、前記処理液のＰＨが１１．５
    〜１３．５であることを特徴とする方法。
15. （１５）特許請求の範囲第１１項乃至第１４項のいずれ
    かに記載の方法において、アミノアルコールが一般式： ▲数式、化学式、表等があります▼ （ただし、Ｒ＿１及びＲ＿２はＨ又はＣ＿１〜Ｃ＿４の
    アルキル基又はアルキルアルコール基を表わす。）を有
    することを特徴とする方法。
16. （１６）特許請求の範囲第１１項乃至第１５項のいずれ
    かに記載の方法において、前記処理液中のアミノアルコ
    ール濃度が０．５〜５．０重量％であることを特徴とす
    る方法。
17. （１７）特許請求の範囲第１１項乃至第１６項のいずれ
    かに記載の方法において、前記水溶性樹脂が水溶性ナイ
    ロン、多糖類天然高分子又は水溶性蛋白系天然高分子で
    あることを特徴とする方法。
18. （１８）特許請求の範囲第１１項乃至第１７項のいずれ
    かに記載の方法において、前記水溶性樹脂が水酸基、二
    級アミン及び三級アミンの少くとも一種を有するもので
    あることを特徴とする方法。
19. （１９）特許請求の範囲第１１項乃至第１８項のいずれ
    かに記載の方法において、前記水溶性シランカップリン
    グ剤がγ−アミノプロピルトリエトキシシラン又はＮ−
    （βアミノエチル）γ−アミノプロピルトリエトキシシ
    ランであることを特徴とする方法。
20. （２０）特許請求の範囲第１１項乃至第１９項のいずれ
    かに記載の方法において、前記水溶性樹脂及び／又は前
    記水溶性シランカップリング剤が処理液中０．１〜５重
    量％であることを特徴とする方法。