高疏水性、高导热性和高粘附性界面涂料制造技术

一种供制冷－空调系统中翅片式蒸发器表面处理用的高疏水性界面涂料，它是在有机硅树脂溶液中，加入经疏水化处理的固体微粒和硅偶联剂的组合物。由这种组合物在翅片（２）上形成的涂膜（１）同时具备高疏水性，高导热性和高粘附性。本发明专利技术技术方案：充分考虑有机硅树脂的配位性；用平均粒径为纳米级的微粒对形态学效应作贡献，用导热系数高的微粒对高导热性作贡献；用特种硅偶联剂，如过氧型硅偶联剂获得高粘附性。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高疏水性界面涂料，特别涉及在制冷-空调系统中的蒸发器与湿空气接触侧表面上，涂敷具有高疏水性、高导热性和高粘附性界面涂料(以下简称三性界面涂料)所形成的三性界面涂膜。制冷-空调系统中的蒸发器是用铝或不锈钢制造的。金属表面由于气-固两相间密度相差悬殊，因而具有很高的界面能。附图说明图1为水滴2在亲水性材料1上接触角θ的示意图，图中3表示周围湿空气中的水蒸汽。图2为水滴2在疏水性材料1上接触角θ的示意图，图中3表示周围湿空气中的水蒸汽。因为金属表面具有很高的界面能，水在金属表面是润湿的，水接触角θ＜90°，见图1。蒸发器翅片为铝箔，其水接触角θ=60～70°。在金属表面涂敷某种界面涂料，成膜后，水在该涂膜表面的接触角θ＞90°，见图2，则这种界面涂料称为疏水性涂料；反之，如涂敷另一类界面涂料，成膜后，水在该涂膜表面的接触角θ≈0°，则这种界面涂料称为亲水性涂料。聚丙烯酸酯，由于其强的吸水性，成为当前普遍采用的亲水性涂料。对于制冷系统，无论大、中型冷库，还是家用冰箱，其蒸发器翅片与湿空气接触侧表面上，当制冷系统按制冷工况运行时，会因结霜而影响通风的流动性能和传热性能。随着霜层的增厚，翅片间的迎风面积减少，使通风阻力增大和传热性能恶化。严重时，风道堵塞，不能致冷。为解决制冷蒸发器结霜问题，现有技术采用定期化霜如间冷式冰箱，以冰箱中的压缩机运行累计这8小时化一次霜；大、中型冷库和冷藏集装箱，以蒸发器翅片前后通风压差达设定值时化一次霜。通过化霜过程，虽然将蒸发器上的霜清除了，使制冷系统重新恢复正常按制冷工况运行，但也存在不少问题。以家用间冷式冰箱为例对此加以说明，化霜过程是自动化霜系统在间冷式冰箱中的压缩机正在运行中强行停止运转而开始的；化霜所需热量是由外部电源通过电化霜加热器提供的。正常制冷工况的中断和外部热量的输入，必然引起冰箱内各室温度的升高，影响储存食品的质量；化霜过程结束后，恢复冰箱的正常制冷工况，由于化霜过程中外部输入的热量，使冰箱的负载增大，这又要多消耗外部电源的电能，把这部分热量排至外部环境，这种二次能量的消耗是间冷式冰箱耗电量大的主要原因；蒸发器结的霜，归根结底，主要来自食品中的水分，这也是间冷式冰箱内储存的食品容易风干的主要原因。为使耗电量大和易风干的情况有所减缓，所有冰箱使用说明书都要求将食品放入冰箱前擦干其表面的水分，这给使用冰箱的人添麻烦；采用保鲜膜，膜虽薄，但在储存食品与周围冷气流之间附加了一层热阻；采用多层抽屉式，这使冰箱结构复杂，等等。图3为真实粗糙表面1上水珠2的表观接触角θr的示意图，图中3表示周围湿空气中的水蒸汽，θ表示疏水性材料1的真实接触角。对于空调系统，无论大、中型中央空调系统，还是家用空调器，因蒸发器翅片上结露或结霜，也会引起与述制冷系统类似的问题。以家用空调器为例对此加以说明。现代家用空调器都属冷暖空调夏季向室内送冷风；冬季向室内送热风。而且，均采用高效紧凑式蒸发器，翅片间距缩小。夏季工况时，室内湿空气中的水蒸汽凝结在翅片上的水滴，由于不能自行脱落，随着水滴长大，两相邻翅片上的水滴可随机地连结成“水桥”，从而增加了通风的局部阻力，降低了制冷能力；冬季工况时，室外蒸发器(夏季工况时为冷凝器)翅片上结霜，严重时风道堵塞，必须周期性停机化霜。因而使室温下降，当恢复空调器制热运行时，室温上升。这使室温上下波动较大，舒适性也就较差为解决上述问题，日本松下公司进行了一系列研究工作，主要成果为运用Wenzel方程(1936年由Wenzel提出)rcosθ=cosθr式中r为真实表面积与视在表面积之比，称粗糙度因子；θ为真实接触角，即图1和图2中表面为理想平表面时的接触角；θr为表观接触角。例如，有疏水性材料，其真实接触角θ=108°，假定r=2.8，则2.8cos108°=cosθr由上式解得θr=149.9°，可见θr＞θ，见图3。但θr＞θ，是有条件的。因为粗糙度因子r≥1，由Wenzel方程可见，θ＞90°是θr＞θ的条件，即只有对疏水性材料而言，表观接触角θr才可能大于材料本身的真实接触角θ；由Wenzel方程还进一步看出，当疏水性材料的真实接触角θ给定时，表观接触角θr随粗糙度因子r的增大而单调地增大。迄今，已知的疏水性高分子聚合物，其真实接触角θ最大只能达110°～115°。因此，用控制疏水性材料表面的粗糙度的方法，使表观接触角θr比其真度接触角θ有大幅度的提高，如上例由108℃提高为149.9°。这就是所谓“形态学效应”。而高疏水性或超憎水性也就是从这个意义上讲的。为了制造出这类高疏水性界面涂料，该公司的津田善之和岩木明子做了大量的工作，并就有机硅树脂的R/Si、固体微粒的平均粒径和比表面积、固体微粒与有机硅树脂的质量比、固体微粒疏水化处理的必要性、高疏水性界面涂膜的表观接触角θr的测量及涂膜的粘附性等申请了一系列日本专利，这些专利的公布日期为1991～1992年间。但是，至今市场上的家用空调器和间冷式冰箱均没有采用这种高疏水性界面涂料，甚至该公司的产品也没有采用这些专利。据调查，近2～3年来，现代家用空调器中的蒸发器翅片采用聚丙烯酸脂作亲水性界面涂料进行表面处理。由于这种亲水性涂膜吸水性强，夏季工况时，室内湿空气中的水蒸汽，在覆盖于翅片表面的亲水性涂膜上凝结时，其凝结水被涂膜吸收，不会形成水滴因而没有“水桥”现象发生。凝结水被亲水性涂膜均匀吸收，风道是通畅的，只是亲水性涂膜吸水后的一维膨胀，翅片间流道迎风面积逐渐变小。前已提及，“水桥”所形成的流动阻力主要是局部阻力。而沿通畅流道的流动阻力则是沿程阻力。由流体力学，局部阻力随流道弯曲和流通截面突缩与突扩而急剧增大；而沿程阻力随流道迎风截面面积的逐渐变小而缓慢增大。因此，空调器中的蒸发器翅片用亲水性界面涂料进行表面处理，显著改善了通风的流动性能，从而使制冷能力相对较为稳定。还有很重要的一点，就是作为亲水性界面涂料的聚丙烯酸脂是高粘附性涂料。这是因为它含有大量的活性有机基团，加之其中作为颜填料的固体微粒与树脂的质量比(又称颜基比)较高疏水性界面涂料小得多。因此，烘干成膜后，膜与被涂翅片表面、膜与其中颜填料之间，均有极好的粘附性。可见，亲水性与粘附性是一致。但是，亲水性界面涂料仅能应用于结露工况时的蒸发器翅片，因为聚丙烯酸脂作为亲水性界面涂料靠的是其吸水能力，而它并没有吸冰能力。其次，涂膜吸水也是有限度的，超过这个限度，凝结水在涂膜形成一层水膜。含有大量水分的涂膜和其上的水膜，其附加导热热阻是不可忽视的，所以由于结露，空调器的制冷能力还是会下降。只不过相对较为稳定。本专利技术的目的是提供一种高疏水性、高导热性和高粘附性“三性”兼容的有机硅树脂组合物，即高疏水性、高导热性和高粘附性界面涂料。所谓“三性”，这里说明如下高疏水性是指表观接触角θr，达150°左右，它是给定疏水性有机硅树脂的真实接触角θ的条件下，通过调节粗糙度因子r的数值，而达到的；高导热性，因国内外没有评判涂膜导热性公认的标准，这里以由涂膜所形成的附加导热热阻δ/k(式中k为涂膜的导热系数，δ为涂膜厚度)在总热阻中占的比例，小到可略去不计为标准，也可用涂膜是否导电作定性估计用；粘附性，有国家标准，按国标判定。本专利技术的技术方案为涂料，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由有机硅树脂溶液、经疏水化处理的固体微粒和涂料助剂组成的组合物（高疏水性界面涂料），其特征是：用该涂料对制冷－空调系统中的翅片式蒸发器进行表面处理时，所形成的涂膜同时具备高疏水性，表观接触角θ↓［ｒ］≈１５０°；高导热性，因涂膜而产生的附加导热热阻在蒸发器传热总热阻中所占的比例，小到可略去不计的程度；以及高粘附性。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：舒宏纪，刘惠枝，舒品，金泓，
申请(专利权)人：舒宏纪，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]