EP0276476A1 - Method for forming coatings on aluminium surfaces - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzugung von hydrophilen Überzügen auf Aluminiumoberflächen unter Verwendung wässriger Polymerlösungen oder -dispersionen.The invention relates to a method for forming hydrophilic coatings on aluminum surfaces using aqueous polymer solutions or dispersions.
In der bisherigen Technologie für die Oberflächenbehandlung von Wärmeaustauschern aus Aluminium oder Aluminiumlegierung (nachstehend als Aluminium bezeichnet), deren Ziel es war, die Entwicklung von Weißrost auf den Rippenoberflächen etc. zu verhindern, wurden anodische Oxidationsschichten, Böhmit-Schichten, Harzbehandlungen etc. angewandt. Diese Methoden ergeben jedoch Schichten, deren Oberflächen fast keine Wasserbenetzbarkeit aufweisen, ja sogar eher wasserabstoßend sind. Zur Verhütung von Weißrostbildung werden in der Praxis auch Chromatkonversionsschichten angewandt, die zwar eine geringe Wasserbenetzbarkeit verleihen, jedoch nur für kurze Zeit nach der Schichtbildung. Eine Chromatierung allein führt daher nicht zu dem gewünschten Grad an hydrophilen Eigenschaften. Außerdem neigt die Chromatkonversionsschicht im Laufe der Zeit dazu, ihre hydrophile Eigenschaft in eine hydrophobe zu verwandeln, und zwar besonders beim Erhitzen/Trocknen. Folglich ist es problematisch, Chromatschichten für die Oberflächenbehandlung von Wärmeaustauscherrippen zu verwenden.In the previous technology for the surface treatment of heat exchangers made of aluminum or aluminum alloy (hereinafter referred to as aluminum), the aim of which was to prevent the development of white rust on the fin surfaces, etc., anodic oxidation layers, boehmite layers, resin treatments etc. were used. However, these methods result in layers whose surfaces have almost no water wettability and are even more water-repellent. In order to prevent white rust formation, chromate conversion layers are also used in practice, which, although giving low water wettability, only for a short time after the layer formation. Chromating alone therefore does not lead to the desired degree of hydrophilic properties. In addition, the chromate conversion layer tends to transform its hydrophilic property into a hydrophobic one over time, especially when heated / dried. Consequently, it is problematic to use chromate layers for the surface treatment of heat exchange fins.
Andererseits sollte vom strukturellen Aspekt eines Wärmeaustauschers die Wirksamkeit der Wärmestrahlung/Kühlung so hoch wie möglich sein. Daher werden die Strahlungs- und Kühlkomponenten in den meisten Fällen mit möglichst großer Oberfläche konzipiert und der Abstand dazwischen äußerst gering gehalten. Wenn ein Wärmeaustauscher zum Kühlen verwendet wird, führt dies zur Kondensierung von Luftfeuchtigkeit auf der Wärmeaustauscherfläche, besonders in den Zwischenräumen. Solchermaßen kondensiertes Wasser bildet Tröpfchen, und zwar umso mehr, je hydrophober die Rippenoberfläche ist. Die Wassertröpfchen sammeln sich in den Zwischenräumen an und verhindern in verstärktem Maße den Luftdurchtritt, was schließlich zu einer reduzierten Wärmeaustauscherleistung führt.On the other hand, from the structural aspect of a heat exchanger, the effectiveness of the heat radiation / cooling should be as high as possible. In most cases, the radiation and cooling components are therefore designed with the largest possible surface area and the distance between them is kept extremely short. If a heat exchanger is used for cooling, this leads to condensation of air humidity on the heat exchanger surface, especially in the spaces between. Water condensed in this way forms droplets, and the more hydrophobic the surface of the ribs, the more so is. The water droplets accumulate in the interstices and prevent air from passing through to an increased extent, which ultimately leads to reduced heat exchanger performance.
Außerdem bewirken Wärmetauschergebläse ein Umherspritzen der Tröpfchen in den Rippenzwischenräumen, so daß die unter den Wärmeaustauschern angebrachten Tropfenfänger nicht verhindern können, daß die Tröpfchen auf angrenzende Bereiche herunterfallen und sie verschmutzen.In addition, heat exchanger fans cause the droplets to splash around in the interstices of the fins, so that the drip catchers fitted under the heat exchangers cannot prevent the droplets from falling onto adjacent areas and contaminating them.
Um das Verbleiben von Wassertröpfchen in den Rippenzwischenräumen, wo sie den Luftdurchtritt behindern, zu vermeiden, wurde der Vorschlag gemacht, der Aluminiumoberfläche hydrophile Eigenschaften zu verleihen, um die Benetzbarkeit zu verbessern. Eine Behandlung der Rippenoberfläche mit Silikat, wie z.B. Wasserglas, ermöglicht eine wirksame Erhöhung der Wasserbenetzbarkeit und Wärmebeständigkeit zu niedrigen Kosten, so daß eine Reihe diesbezüglicher Methoden vorgeschlagen wurden.In order to avoid water droplets remaining in the interstices of the ribs, where they hinder the passage of air, the proposal was made to give the aluminum surface hydrophilic properties in order to improve the wettability. Treatment of the rib surface with silicate, e.g. Water glass enables an effective increase in water wettability and heat resistance at a low cost, so that a number of methods have been proposed in this regard.
Die bisher angewandten Verfahren zur Schichtbildung können, wenn man einerseits vom Einsatz anorganischer Verbindungen wie Silikat oder organischer Verbindungen und andererseits von der Aufbringungsmethode ausgeht, in die nachstehenden vier Kategorien unterteilt werden:
- a Phosphatierte Aluminiumoberflächen werden direkt mit wässrigem Silikat beschichtet und dann getrocknet. Dieses Verfahren ist Gegenstand des offengelegten japanischen Patents Sho 50-38645 (1975).
- b Die offengelegte japanische Patentpublikation Sho 60-221582 (1985) behandelt und betrifft ein Rippenmaterial, bei dem eine hydrophile anorganische Schicht bestehend aus Silikat, Böhmit etc. auf Aluminiumblech produziert wird, auf die dann ein hydrophiles organisches Polymer mit einem Polymerisationsverhältnis von mehr als 50 aufgebracht wird.
- c Dieser Vorschlag bezieht sich auf ein Verfahren, bei dem eine zunächst mit einer organischen Polymerschicht versehene Aluminiumoberfläche anschließend mit Silikatlösung oder -dispersion beschichtet und getrocknet wird; (offengelegte japanische Patentpublikation Sho 59-205596) (1984)).
- d Dieser Vorschlag befaßt sich mit einer Methode zur Beschichtung von Aluminiumoberflächen mit einer Mischung aus organischem Polymer und anorganischem Silikat. Er wird in den folgenden Patenten behandelt.
- a Phosphated aluminum surfaces are coated directly with aqueous silicate and then dried. This method is the subject of Japanese Patent Laid-Open Sho 50-38645 (1975).
- b The published Japanese patent publication Sho 60-221582 (1985) deals with and relates to a rib material in which a hydrophilic inorganic layer consisting of silicate, boehmite, etc. is produced on aluminum sheet, on which a hydrophilic organic polymer with a polymerization ratio of more than 50 is then applied is applied.
- c This proposal relates to a method in which an aluminum surface initially provided with an organic polymer layer is subsequently coated with silicate solution or dispersion and dried; (Japanese Patent Laid-Open Publication Sho 59-205596) (1984)).
- d This proposal deals with a method for coating aluminum surfaces with a mixture of organic polymer and inorganic silicate. It is covered in the following patents.
Die offengelegte japanische Patentpublikation Sho 61-8593 (1986) behandelt ein Rippenmaterial, das mit einer Mischung aus Styrol/Maleinsäurekopolymer, Polyacrylamid, Butylen/Maleinsäurekopolymer, Polyacrylsäure oder deren Salzen und Silikaten, dargestellt durch xM₂O · ySiO₂ (M = Li, Na oder K, y/x 2) beschichtet wird. Das offengelegte japanische Patent Sho 60-101156 (1985) betrifft eine Chemikalie zur Bildung einer hydrophilen Schicht auf Aluminium, die Alkalisilikat und Carbonylverbindungen (Aldehyde, Ester, Amide etc.) enthält.Japanese Patent Laid-Open Publication Sho 61-8593 (1986) deals with a rib material which is mixed with a mixture of styrene / maleic acid copolymer, polyacrylamide, butylene / maleic acid copolymer, polyacrylic acid or their salts and silicates, represented by xM₂O · ySiO₂ (M = Li, Na or K , y / x 2) is coated. Japanese Patent Laid-Open Sho 60-101156 (1985) relates to a chemical for forming a hydrophilic layer on aluminum containing alkali silicate and carbonyl compounds (aldehydes, esters, amides, etc.).
Im Zusammenhang mit der herkömmlichen Technologie, die organische Verbindungen für die hydrophile Behandlung von Aluminium einsetzt, beschreibt das offengelegte japanische Patent Sho 59-205596 eine Methode, bei der organische Verbindungen unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels aufgetragen werden. Bei den organischen Verbindungen handelt es sich insbesondere um Acrylharze, Harze auf Epoxy- bzw. Urethanbasis, Vinylharze, wie z.B. Polyvinylchlorid, Polyvinylazetat, Polyäthylen, Polypropylen, Harze auf Styrolbasis, Phenolharze, Fluorharze, Silikonharze, Diarylphthalatharze, Polykarbonatharze, Polyamidharze, Alkydharze, Polyesterharze, Harnstoffharze, Melaminharze, Polyacetalharze und Zelluloseharze. Andererseits gibt das offengelegte Patent Sho 60-101156 an, daß niedrigmolekulare organische Verbindungen mit Carbonylgruppen (z.B. Glyoxal) und wasserlöslichen organischen Polymeren (z.B. Copolymer von Acrylamid und Acrylsäure), enthalten in einer hydrophilen Behandlungschemikalie für Aluminium, mit Wasser verdünnt, auf Aluminium aufgetragen und anschließend erhitzt und getrocknet werden.In connection with the conventional technology using organic compounds for the hydrophilic treatment of aluminum, Japanese Patent Laid-Open Sho 59-205596 describes a method in which organic compounds are applied using an organic solvent. The organic compounds are, in particular, acrylic resins, resins based on epoxy or urethane, vinyl resins, such as, for example, polyvinyl chloride, polyvinyl acetate, polyethylene, polypropylene, resins based on styrene, phenolic resins, fluorine resins, silicone resins, diaryl phthalate resins, polycarbonate resins, polyamide resins, alkyd resins, polyester resins , Urea resins, melamine resins, polyacetal resins and cellulose resins. On the other hand, published patent Sho 60-101156 states that low molecular weight organic compounds with carbonyl groups (e.g. glyoxal) and water-soluble organic polymers (e.g. copolymer of acrylamide and acrylic acid), contained in a hydrophilic treatment chemical for aluminum, diluted with water, applied to aluminum and then heated and dried.
Aus den offengelegten japanischen Patenten Sho-60-101156 und Sho 61-8598 ist der Einsatz von Polyacrylamid als Chemikalie für die hydrophile Behandlung bekannt. Diese Verbindung läßt sich gleichmäßig mit Wasser vermischen, solange der Polyacrylamidgehalt niedrig ist. Mit steigender Konzentration, die durch den Trocknungsprozeß etc. hervorgerufen wird, spalten sich das Alkalisilikat und Polymer jedoch in zwei Phasen, was häufig zu nicht reproduzierbaren Ergebnissen führt.The use of polyacrylamide as a chemical for the hydrophilic treatment is known from the Japanese patents Sho-60-101156 and Sho 61-8598. This compound can be mixed uniformly with water as long as the polyacrylamide content is low. With increasing concentration, which is caused by the drying process etc., the alkali silicate and polymer split into two phases, which often leads to non-reproducible results.
Gemäß dem offengelegten japanischen Patent Sho 60-221582 wird Polyacrylamid zur Erzeugung einer hydrophilen organischen Schicht auf den hydrophilen anorganischen Film aufgetragen. Der Grad der Polymerisierung des Polyacrylamids wird so eingestellt, daß eine Entfernung des für die Verarbeitung verwendeten Schmieröls mittels Lösungsmittel problemlos möglich ist und daß die nach dem Entfetten auf der hydrophilen anorganischen Schicht verbleibende organische Polymerschicht eventuelle Stippen in besagter anorganischer Schicht auffüllt. Außerdem kann ein Vernetzungsmittel aus Zr-, Ti-Verbindungen etc. eine Vernetzung zwischen dem Polyacrylamid und der hydrophilen Gruppe bewirken, jedoch so, daß nicht eine totale Vernetzung besagter Gruppe stattfindet. Im Falle des erfindungsgemäßen Rippenmaterials stellt die nach der Lösungsmittelreinigung der Wärmeaustauscherrippen verbleibende letzte Schicht eine anorganische hydrophile Schicht dar, die durch Aufbringung einer Silikat- oder Böhmit-Schicht als Grundschicht erzielt wird.According to Japanese Patent Laid-Open Sho 60-221582, polyacrylamide is applied to the hydrophilic inorganic film to form a hydrophilic organic layer. The degree of polymerization of the polyacrylamide is adjusted so that removal of the lubricating oil used for processing by means of a solvent is possible without problems and that the organic polymer layer remaining on the hydrophilic inorganic layer after degreasing fills any specks in said inorganic layer. In addition, a crosslinking agent composed of Zr, Ti compounds etc. can bring about a crosslinking between the polyacrylamide and the hydrophilic group, but in such a way that there is no total crosslinking of said group. In the case of the fin material according to the invention, the last layer remaining after solvent cleaning of the heat exchanger fins is an inorganic hydrophilic layer, which is achieved by applying a silicate or boehmite layer as the base layer.
Die vorgenannten bekannten Verfahren zur Bildung hydrophiler Überzüge besitzen folgende Nachteile.
- a: Mit Phosphat behandeltes Aluminium wird direkt mit einer wässrigen Silikatlösung beschichtet, wodurch der Schicht hydrophile Eigenschaften, aber keine Korrosionsbeständigkeit verliehen werden. Daher kann eine solche Schichtbildung die Korrosionsbeständigkeit geradezu verschlechtern und hat den Nachteil, daß eine Neigung zu Weißrostbildung besteht.
- b: Organische Polymerbeschichtung einer zuvor aufgebrachten anorganischen Schicht, wobei die hydrophilen Eigenschaften im wesentlichen von den anorganischen Komponenten wie Böhmit und Silikat herrühren. Hauptzweck der organischen Beschichtung ist die Bewahrung der anorganischen Schicht vor einer Verschmutzung durch Schmieröl, wodurch sie wasserabstoßend würde; sobald diese Funktion erfüllt ist, wird die organische Schicht zusammen mit dem Schmieröl in der darauffolgenden Entfettungsstufe entfernt. Das Ergebnis ist, daß weder die Korrosionsbeständigkeit, noch die Hydrophilität zufriedenstellend sind.
- c: Die Bildung einer Silikatschicht auf der organischen Polymerschicht ist in der Anfangszeit hinsichtlich Korrosionsbeständig keit und hydrophiler Eigenschaften zufriedenstellend; der Nachteil besteht jedoch darin, daß das Silikat der Deckschicht leicht mit Kondenswasser abgewaschen wird, d.h. die Stabilität der hydrophilen Eigenschaften ist unzureichend.
- d: Beschichtung mit einer Mischung aus organischem Polymer und Silikat; da das Silikat in der auf dem Aluminium gebildeten Schicht hydrophile Eigenschaften hat, tendiert die so behandelte Aluminiumrippe zu einer beschleunigten Weißrostbildung. Außerdem kann die Trocknung der mit besagter Mischung auf dem Aluminium gebildeten Schicht zur Spaltung des Silikats und des organischen Polymers in verschiedene Phasen führen, so daß die Ergebnisse stark in Abhängigkeit von den Herstellungsbedingungen schwanken und die so behandelten Rippen in vielen Fällen unzureichend hydrophil sind.
- a: Aluminum treated with phosphate is coated directly with an aqueous silicate solution, which gives the layer hydrophilic properties but no corrosion resistance. Therefore, such a layer formation can almost deteriorate the corrosion resistance and has the disadvantage that there is a tendency to form white rust.
- b: Organic polymer coating of a previously applied inorganic layer, the hydrophilic properties deriving essentially from the inorganic components such as boehmite and silicate. The main purpose of the organic coating is to protect the inorganic layer from contamination by lubricating oil, which would make it water-repellent; as soon as this function is fulfilled, the organic layer together with the lubricating oil is removed in the subsequent degreasing step. The result is that neither corrosion resistance nor hydrophilicity are satisfactory.
- c: The formation of a silicate layer on the organic polymer layer is initially resistant to corrosion satisfactory and hydrophilic properties; the disadvantage, however, is that the silicate of the top layer is easily washed off with condensed water, ie the stability of the hydrophilic properties is insufficient.
- d: coating with a mixture of organic polymer and silicate; since the silicate in the layer formed on the aluminum has hydrophilic properties, the aluminum rib treated in this way tends to accelerate white rust formation. In addition, drying the layer formed with said mixture on the aluminum can lead to the splitting of the silicate and the organic polymer into different phases, so that the results vary widely depending on the production conditions and the ribs treated in this way are in many cases insufficiently hydrophilic.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erzeugung von hydrophilen Überzügen auf Aluminiumoberflächen bereitzustellen, das die Nachteile der bekannten, insbesondere vorgenannten Verfahren nicht aufweist, zu Überzügen hoher Hydrophilität führt, die - auch über einen langen Zeitraum gesehen - haftfest und korrosionsschützend sind. Darüberhinaus sollen die Überzüge in verfahrensmäßig einfacher Weise mit Beschichtungsmitteln, die insbesondere frei von organischen Lösungsmitteln sind, herstellbar sein und irgendwelchen Folgebehandlungen (Kräfte- und Wärmeeinwirkung) standhalten.The object of the invention is to provide a process for producing hydrophilic coatings on aluminum surfaces which does not have the disadvantages of the known, in particular the aforementioned processes, leads to coatings of high hydrophilicity which, even over a long period of time, are adherent and corrosion-protecting. In addition, the coatings should be processable in a simple manner with coating agents, which are in particular free of organic solvents, and be able to withstand any subsequent treatments (the effects of forces and heat).
Die Aufgabe wird gelöst, indem das Verfahren der eingangs genannten Art entsprechend der Erfindung derart ausgestaltet wird, daß man auf die Oberflächen eine wässrige Lösung oder Dispersion aufbringt, die ein aus einem Monomer der allgemeinen Formel
R₂ und R₃ = H,
eine Alkylgruppe mit C₁ bis C₄, eine Benzyl- oder Alkanolgruppe mit C₂ - C₃
bedeuten,
gebildetes wasserlösliches Polymer oder Copolymer A und ein wasserlösliches Vernetzungsmittel B enthält, diese auftrocknet und das Polymer vernetzt.The object is achieved by designing the method of the type mentioned at the outset in accordance with the invention in such a way that an aqueous solution or dispersion is applied to the surfaces, which comprises a monomer of the general formula
R₂ and R₃ = H,
an alkyl group with C₁ to C₄, a benzyl or alkanol group with C₂ - C₃
mean,
contains water-soluble polymer or copolymer A and a water-soluble crosslinking agent B, dries them up and crosslinks the polymer.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, anschließend auf den Polymerüberzug eine Wasserglaslösung aufzubringen und aufzutrocknen.A preferred embodiment of the invention consists in subsequently applying and drying a water glass solution on the polymer coating.
Das wasserlösliche Vernetzungsmittel B kann anorganischer, organischer oder auch kobiniert anorganisch/organischer Art sein. Als anorganisches Vernetzungsmittel kommen insbesondere Metallverbindungen in Frage, die mit dem wasserlöslichen Polymer oder Copolymer eine komplexe Verbindung eingehen können. Derartige Verbindungen, von denen diejenigen mit einer Koordinationszahl von mehr als 4 besonders wirksam sind, finden sich in Tabelle 1. Unter den Cr-, Ti-, Al- und Zr-Verbindungen sind diejenigen mit einer sehr hohen Wasserlöslichkeit besonders wirksam, z.B. Chromsäure, Bichromsäure und deren Salze, Di-Isopropoxy-Titanium-bis-Acetylazeton, das Reaktionsprodukt von Milchsäure und Alkoxy-Titanverbindung, Zirkonylnitrat, Zirkonylazetat, Zirkonylammoniumkarbonat, Fluorzirkonsäure und deren Salze, Aluminiumsulfat etc.
Als wasserlösliches organisches Vernetzungsmittel kommen wasserlösliches, neutralisiertes Polyisozyanat und/oder wasserlösliche Polymethylol-, Polyglycidyl-, Polyaziridyl-Verbindung in Frage, beispielsweise Polyisozyanat neutralisiert mit NaHSO₃ (z.B. ELASTRON: Produkt von DAI-ICHI KOGYO SEIYAKU Co., Ltd.), Methylolmelamin, Methylolharnstoff, Methylolpolyacrylamid, Diglycidyläther von Polyäthylenoxid, Diaziridylpolyäthylenoxid etc.Suitable water-soluble organic crosslinking agents are water-soluble, neutralized polyisocyanate and / or water-soluble polymethylol, polyglycidyl, polyaziridyl compound, for example polyisocyanate neutralized with NaHSO₃ (for example ELASTRON: product from DAI-ICHI KOGYO SEIYAKU Co., Ltd.), methylolmelamine, Methylol urea, methylol polyacrylamide, diglycidyl ether of polyethylene oxide, diaziridyl polyethylene oxide etc.
Als kombinierte anorganisch/organische Vernetzungsmittel sind zum Beispiel Verbindungen von Cr, Ti, Al und Zr als anorganische wasserlösliche Verbindungen und neutralisierte Polyisozyanate, Polymethylol/Polyglycidyl/Polyaziridylverbindungen als organische wasserlösliche Verbindungen geeignet.Suitable combined inorganic / organic crosslinking agents are, for example, compounds of Cr, Ti, Al and Zr as inorganic water-soluble compounds and neutralized polyisocyanates, polymethylol / polyglycidyl / polyaziridyl compounds as organic water-soluble compounds.
Die zum Einsatz gelangende Menge des Vernetzungsmittels (B) hängt von dessen Art ab. Außerdem spielt eine Rolle, ob die (Co) Polymerschicht (A) als Grundschicht und hauptsächlich dem Korrosionsschutz dient oder als Einzelschicht vorgesehen ist. Im allgemeinen wird die pro 100 Gewichtsteile Polymer oder Copolymer verwendete Menge 1 - 400 Gewichtsteile, vorzugsweise 5 - 200 Gewichtsteile, betragen.The amount of crosslinking agent (B) used depends on its type. It also plays a role whether the (co) polymer layer (A) serves as a base layer and mainly for corrosion protection or is provided as a single layer. In general, the amount used per 100 parts by weight of polymer or copolymer will be 1 to 400 parts by weight, preferably 5 to 200 parts by weight.
Das Trocknen erfolgt im allgemeinen bei 90 - 300 °C, vorzugsweise bei 100 - 250 °C.Drying is generally carried out at 90-300 ° C, preferably 100-250 ° C.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sollte das verwendete Polymer ein Molekulargewicht von mehr als 5.000 haben. Wenn das Gewicht unter 5.000 liegt und besonders, wenn das Polymer eine hohe Hydrophilität hat, ist zum Zwecke der Wasserunlöslichkeit ein erhöhtes Vernetzungsmittelverhältnis erforderlich.According to a preferred embodiment of the invention, the polymer used should have a molecular weight of more than 5,000. If the weight is less than 5,000, and especially if the polymer has a high hydrophilicity, an increased crosslinking agent ratio is required for the purpose of water insolubility.
Als (Co) Polymer (A) sind folgende Produkte geeignet:
- (i) Ein Polymer oder Copolymer von Acrylamid, Metacrylamid, N-Methylacrylamid, N-Dimethylacrylamid (Iʹ).
- (ii) Entweder ein nicht ionisches Polymer, d.h. ein Copolymer von (Iʹ) und ein ungesättigtes nicht ionisches Monomer (II), das mit (Iʹ) copolymerisiert werden kann, oder ein kationisches Polymer, d.h. ein Copolymer von (Iʹ) und (II) und/oder ein ungesättigtes Monomer (III) mit einer Aminogruppe.
- (iii) Ein Polymer, das man als Reaktionsprodukt der oben mit (i) und (ii) bezeichneten Polymere oder Copolymere durch eine Hofmann oder Mannichreaktion erhält, oder ein Polymer, bei dem das vorgenannte Reaktionsprodukt bis zu einer quaternären Aminoverbindung alkyliert wird.
- (iv) Ein Reaktionsprodukt aus Alkylenpolyamin sowie dem Copolymer von (Iʹ) und Acrylsäureester.
- (v) Ein anionisches Polymer, d.h. ein Copolymer aus (Iʹ) und (IV) (s. unten), das mit (Iʹ) polymerisiert werden kann, und ein anionisches Polymer, das ein Copolymer von (Iʹ), (IV) und (II) darstellt.
- (vi) Ein Copolymer von (Iʹ) mit Maleinanhydrid oder Itakonsäure.
- (vii) Ein anionisches Polymer, das ein Hydrolyseprodukt von (i), (v) und (vi) o.ä. darstellt.
- (i) A polymer or copolymer of acrylamide, methacrylamide, N-methylacrylamide, N-dimethylacrylamide (Iʹ).
- (ii) Either a non-ionic polymer, ie a copolymer of (Iʹ) and an unsaturated non-ionic monomer (II) that can be copolymerized with (Iʹ), or a cationic polymer, ie a copolymer of (Iʹ) and (II ) and / or an unsaturated monomer (III) with an amino group.
- (iii) A polymer obtained as a reaction product of the polymers or copolymers designated by (i) and (ii) above by a Hofmann or Mannich reaction, or a polymer in which the aforementioned reaction product is alkylated to a quaternary amino compound.
- (iv) A reaction product of alkylene polyamine and the copolymer of (Iʹ) and acrylic acid ester.
- (v) An anionic polymer, ie a copolymer of (Iʹ) and (IV) (see below) which can be polymerized with (Iʹ) and an anionic polymer which is a copolymer of (Iʹ), (IV) and (II).
- (vi) A copolymer of (Iʹ) with maleic anhydride or itaconic acid.
- (vii) An anionic polymer which is a hydrolysis product of (i), (v) and (vi) or the like. represents.
Als konkrete Beispiele für (ii) seien nicht ionische oder kationische Polymere mit folgender allgmeiner Formel genannt:
(Iʹ)l - (III)m - (II)n
dabei bedeutet
l + m + n = 100
l > 40
m = 0 bis 60
n = 0 bis 60
(II) ist ein nicht ionisches Monomer, das copolymerisiert werden kann; konkrete Beispiele sind:
2-Hydroxy (Metha) Acrylat
Diazetonacrylamid
Methylolacrylamid
Acryloylmorpholin
Acrylnitril
(Metha) Acrylester
Styrol
Vinylazetat
Non-ionic or cationic polymers with the following general formula may be mentioned as concrete examples of (ii):
(Iʹ) l - (III) m - (II) n
means
l + m + n = 100
l> 40
m = 0 to 60
n = 0 to 60
(II) is a non-ionic monomer that can be copolymerized; concrete examples are:
2-hydroxy (metha) acrylate
Diazetone acrylamide
Methylolacrylamide
Acryloylmorpholine
Acrylonitrile
(Metha) acrylic ester
Styrene
Vinyl acetate
In obiger Formel ist (III) dargestellt durch die allgemeine Formel
r = 1 bis 3
x⁻ = Säuregruppe einer anorganischen oder organischen Säure
In the above formula, (III) is represented by the general formula
r = 1 to 3
x⁻ = acid group of an inorganic or organic acid
Als Beispiele für die Mannich- und Hofmannreaktion können für (iii) genannt werden:
Als konkretes Beispiel für (v) sei ein anionisches Polymer mit folgender allgemeiner Formel genannt:
(Iʹ)l - (IV)o - ((II)p
dabei bedeutet
ℓ + o + p = 100
ℓ > 40
o =1 bis 60
p= 0 bis 59
(IV) ist dargestellt durch die allgemeine Formel:
(Iʹ) l - (IV) o - ((II) p
means
ℓ + o + p = 100
ℓ> 40
o = 1 to 60
p = 0 to 59
(IV) is represented by the general formula:
Die Hydrolysereaktion von (vii) wird wie folgt ausgedrückt:
Was die Beschichtungsmethode anbelangt, so kann der Auftrag durch Tauchen, Spritzen, Bürsten, im Walz- oder Fließverfahren erfolgen, wobei das Molekulargewicht auf weniger als 2.000.000, vorzugsweise 1.000.000 eingestellt werden sollte, um zu vermeiden, daß das Überzugsmittel Fäden zieht. Hinsichtlich der Wahl von Konzentration und Viskosität sind geeignete Werte entsprechend der angewandten Beschichtungsmethode und gewünschten Schichtdicke festzulegen. Im Falle von Wärmeaustauschern, besonders wenn deren Wärmeleistung verbessert und ein Beitrag zur Korrosionsbeständigkeit erbracht werden soll, ist eine Schichtdicke von 0,1 bis 10 µ, vorzugsweise von 0,2 bis 2 µ angeraten.As for the coating method, the application can be by dipping, spraying, brushing, rolling or flow, the molecular weight should be set to less than 2,000,000, preferably 1,000,000, to avoid that the coating agent pulls strings . With regard to the choice of concentration and viscosity, suitable values have to be determined according to the coating method used and the desired layer thickness. In the case of heat exchangers, especially if their heat output is to be improved and a contribution to corrosion resistance is to be made, a layer thickness of 0.1 to 10 μ, preferably 0.2 to 2 μ, is advisable.
Sofern vorentfettete Aluminiumoberflächen mit einem Überzug versehen werden sollen, sieht eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung vor, zuvor eine Böhmitschicht oder einen chemischen Konversionsüberzug, wie einen Chromatüberzug, aufzubringen. Im Falle einer direkten Beschichtung ist der Zusatz von Chromsäure, Bichromsäure oder deren Salzen zur Polymerlösung besonders wirksam. Dabei hat das vorgenannte (Co) Polymer (A), das mit einem wasserlöslichen Vernetzungsmittel (B) vernetzt ist, eine ausreichende Vermischungsstabilität, so daß zwei Prozesse, durch welche die Aluminiumoberfläche mit Hilfe von Chromat korrosions beständig gemacht und eine (Co) Polymerschicht gebildet wird - in einem Arbeitsgang durchgeführt werden können. Überdies haben diese Formen der Behandlung möglicherweise eine synergistische Wirkung, indem sie eine besonders hervorragende Oberflächenqualität bewirken.If pre-degreased aluminum surfaces are to be provided with a coating, a further advantageous embodiment of the invention provides for a boehmite layer or a chemical conversion coating, such as a chromate coating, to be applied beforehand. In the case of direct coating, the addition of chromic acid, bichromic acid or their salts to the polymer solution is particularly effective. The aforementioned (co) polymer (A), which is crosslinked with a water-soluble crosslinking agent (B), has sufficient mixing stability so that two processes by which the aluminum surface is corroded with the aid of chromate made permanent and a (co) polymer layer is formed - can be carried out in one operation. In addition, these forms of treatment may have a synergistic effect by producing a particularly excellent surface quality.
Eine Verbesserung der hydrophilen Eigenschaften der Rippe kann ferner erreicht werden, wenn eine solche organische Polymerschicht auf einen Silikatfilm aufgebracht wird. Falls erforderlich, kann eine organische Schicht hoher Hydrophilität auch auf eine Doppelschicht, bestehend aus einer Grundschicht mit hoher Korrosionsbeständigkeit sowie einer genügend hydrophilen, gleichmäßigen Deckschicht aufgetragen werden. Auf diese Weise wird vermieden, daß die Bildner von hydrophilen Schichten wie Silikagel und Wasserglas exponiert werden, so daß damit zusammenhängende Probleme des Werkzeugverschleißes bei der nachfolgenden Bearbeitung entfallen.An improvement in the hydrophilic properties of the rib can also be achieved if such an organic polymer layer is applied to a silicate film. If necessary, an organic layer of high hydrophilicity can also be applied to a double layer consisting of a base layer with high corrosion resistance and a sufficiently hydrophilic, even top layer. In this way it is avoided that the formers are exposed to hydrophilic layers such as silica gel and water glass, so that associated problems of tool wear during subsequent processing are eliminated.
Sonstige Zusätze, wie z.B. Korrosionsinhibitoren, Füllstoffe, Pigmente, oberflächenaktive Substanzen, Schaumhemmer, Verlaufsmittel, Antibakterien-/ Antipilzmittel etc., können zugesetzt werden, solange sie nicht die mit dieser Erfindung beabsichtigten Ergebnisse beeinträchtigen.Other additives, such as Corrosion inhibitors, fillers, pigments, surfactants, foam inhibitors, leveling agents, antibacterial / antifungal agents, etc. can be added as long as they do not interfere with the results intended by this invention.
Um den Trocknungsvorgang zu beschleunigen und die Filmteschaffenheit zu verbessern, kann es vorteilhaft sein, wasserlösliches Lösungsmittel, wie z.B. Alkohol, Keton, Cellosolve in geringen Mengen zuzusetzen.In order to accelerate the drying process and to improve the quality of the film, it may be advantageous to add water-soluble solvents such as alcohol, ketone and cellosolve in small amounts.
Die Stabilität der Überzugslösung schwankt je nach Zusammensetzung. Ganz allgemein empfiehlt es sich, die Lösung oder Dispersion so zu konzipieren, daß bei Verwendung eines kationischen Polymers dieses im neutralen bis sauren Bereich und bei Verwendung eines anionischen Polymers dieses im neutralen bis alkalischen Bereich eingesetzt wird.The stability of the coating solution varies depending on the composition. In general, it is advisable to design the solution or dispersion so that when a cationic polymer is used, it is used in the neutral to acidic range and when an anionic polymer is used, it is used in the neutral to alkaline range.
Die Vernetzungsmittel werden unter den Bedingungen, z.B. hinsichtlich pH-Wert angwendet, die für sie üblich sind.The crosslinking agents are used under the conditions e.g. applied in terms of pH, which are common for them.
In der Ausgestaltung der Erfindung mit anschließender Applikation von Wasserglas gelangt im allgemeinen Wasserglas mit einem SiO₂/M₂O-Verhältnis (M steht für Na, K oder Li) von 2:5 zum Einsatz, obgleich hier keine speziellen Grenzen gesetzt sind. Die Konzentration der wässrigen Silikatlösung kann beliebig festgelegt werden, solange eine wirksame hydrophile Oberfläche, d.h. eine einfache Beschichtung gewährleistet ist.In the embodiment of the invention with subsequent application of water glass, water glass with an SiO₂ / M₂O ratio (M stands for Na, K or Li) of 2: 5 is generally used, although there are no special limits here. The concentration of the aqueous silicate solution can be set as long as long as an effective hydrophilic surface, i.e. a simple coating is guaranteed.
Im Zusammenhang mit der Menge der aufzutragenden wässrigen Silikatlösung ist es wünschenswert, das Verfahren so auszulegen, daß nach dem Erhitzen/Trocknen eine 0,1 - 5 µ Silikatschicht erhalten wird. Eine Dicke von weniger als 0,1 µ ergibt keine genügend dauerhafte Hydrophilität, während mehr als 5 µ oft zu einer unzureichenden Härtung (Wasserunlöslichkeit) oder Rissebildung auf der Schicht führen, wodurch die Leistung der Wärmeaustauscher beeinträchtigt wird.In connection with the amount of the aqueous silicate solution to be applied, it is desirable to design the process in such a way that a 0.1 - 5 μ silicate layer is obtained after heating / drying. A thickness of less than 0.1 µ does not result in sufficient long-term hydrophilicity, while more than 5 µ often leads to insufficient hardening (water insolubility) or cracking on the layer, which affects the performance of the heat exchanger.
Der Zusatz von Polymer, d.h. einem wasserlöslichen Acrylat, zu Wasserglas verhindert auf wirksame Weise die Rissebildung.The addition of polymer, i.e. a water-soluble acrylate to water glass effectively prevents cracking.
Die Erhitzungs-/Trocknungsbedingungen für Silikat sollten im Bereich von 100 - 250 °C und 20 s - 10 min liegen, wobei kürzere Zeiten für höhere Temperaturen und längere Zeiten für niedrigere Temperaturen zu wählen sind.The heating / drying conditions for silicate should be in the range of 100 - 250 ° C and 20 s - 10 min, with shorter times for higher temperatures and longer times for lower temperatures.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, mit wasserlöslichem Vernetzungsmittel vernetztes Polymer zum Beschichten von Aluminium zu verwenden, weil der dabei gebildete Film wasserunlöslich wird. Außerdem wird neben der mit dem Polymer verliehenen Hydrophilität eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit erreicht. Ein Überzug mit den vorgenannten ausgezeichneten Eigenschaften eignet sich insbesondere für die Behandlung von Wärmeaustauscheroberflächen, die aus Aluminium gefertigt sind.The present invention makes it possible to use polymer crosslinked with water-soluble crosslinking agent for coating aluminum because the film formed in the process becomes water-insoluble. In addition to the hydrophilicity conferred by the polymer, excellent corrosion resistance is achieved. A coating with the aforementioned excellent properties is particularly suitable for the treatment of heat exchanger surfaces which are made from aluminum.
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen näher und beispielsweise erläutert.The present invention is explained in more detail below and by way of example using examples.
Folgende Testmethode gelangte bei den Beispielen zur Anwendung:The following test method was used in the examples:
Wassertröpfchen von 1- 2 mm Durchmesser wurden auf eine beschichtete Oberfläche gegeben und der Kontaktwinkel mit Hilfe eines Gerätes zur Messung des Flächenkontaktwinkels, Modell CA-P, Erzeugnis von Kyowa Kaimenkagaku Co., Ltd. bestimmt. Getestet wurden sowohl frische Schichten kurze Zeit nach der Aufbringung als auch solche, die eine Woche in Meerwasser getaucht worden waren.Water droplets of 1 to 2 mm in diameter were placed on a coated surface and the contact angle using a device for measuring the surface contact angle, model CA-P, manufactured by Kyowa Kaimenkagaku Co., Ltd. certainly. Both fresh layers shortly after application and those that had been immersed in sea water for a week were tested.
Salzsprühtest gemäß JIS Z-2371 bis zur Weißrostbildung auf 5% der Oberfläche.Salt spray test according to JIS Z-2371 until white rust formation on 5% of the surface.
Der Prüfkörper wurde 8 h bei Raumtemperatur in fließendes Wasser getaucht und dann 16 h bei 80 °C getrocknet. Nach fünfmaliger Wiederholung dieses Zyklusses wurde der Wasserkontaktwinkel gemessen.The test specimen was immersed in flowing water at room temperature for 8 hours and then dried at 80 ° C. for 16 hours. After repeating this cycle five times, the water contact angle was measured.
Eine wässrige Mischung aus 40 g/l Polyacrylamid mit einem Molekulargewicht von 800.000, 10 g/l wasserlösliches Polyurethan (ELASTRON A-42, ein Produkt von Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) als Trockensubstanz und 30 g/l Phosphorsäure wurde auf Aluminiumblech (A1100) aufgebracht, das vorher gereinigt und mit einem Chromphosphatüberzug versehen worden war (Cr-Gehalt in der Schicht : 70 mg/cm²).An aqueous mixture of 40 g / l polyacrylamide with a molecular weight of 800,000, 10 g / l water-soluble polyurethane (ELASTRON A-42, a product of Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) as a dry substance and 30 g / l phosphoric acid was placed on aluminum sheet (A1100), which had been cleaned beforehand and provided with a chromium phosphate coating (Cr content in the layer: 70 mg / cm²).
Die so erhaltene Schicht wurde in einem Elektroofen 3 min bei 180 °C getrocknet. Die Filmdicke betrug durchschnittlich 0,5 µ. Darauf wurde eine wässrige Lösung aus Natriumsilikat Nr. 3 aufgetragen, um im Trockenzustand eine durchschnittliche Dicke von 0,5 µ zu erreichen, und anschließend getrocknet.The layer thus obtained was dried in an electric oven at 180 ° C. for 3 minutes. The film thickness averaged 0.5 µ. An aqueous solution of sodium silicate No. 3 was applied to achieve an average thickness of 0.5 μ in the dry state, and then dried.
Entsprechend den Verfahrensbedingungen von Beispiel 1, aber mit Vorbehandlungen und Überzugsmitteln gemäß Tabelle 2 wurden weitere Überzüge aufgebracht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengefaßt.
Claims (4)
R₂ und R₃ = H,
eine Alkylgruppe mit C₁ bis C₄, eine Benzyl- oder Alkanolgruppe mit C₂ - C₃
bedeuten,
gebildetes wasserlösliches Polymer oder Copolymer A und ein wasserlösliches Vernetzungsmittel B enthält, diese auftrocknet und das Polymer vernetzt.1. A process for the production of hydrophilic coatings on aluminum surfaces using aqueous polymer solutions or dispersions, characterized in that an aqueous solution or dispersion is applied to the surfaces, which consists of a monomer of the general formula
R₂ and R₃ = H,
an alkyl group with C₁ to C₄, a benzyl or alkanol group with C₂ - C₃
mean,
contains water-soluble polymer or copolymer A and a water-soluble crosslinking agent B, dries them up and crosslinks the polymer.
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