專利名稱：一種親水性防霜涂料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種親水性防霜涂料，可應(yīng)用于家用冰箱、大型冷庫及其他制冷設(shè)備中，屬于低溫、制冷領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
結(jié)霜現(xiàn)象在自然界及低溫領(lǐng)域中普遍存在，結(jié)霜有許多危害，尤其是在制冷設(shè)備中，霜層對換熱面來說是一隔熱層，大大降低了傳熱效率。在冰箱及大型冷庫中，由于霜層覆蓋了壁面，隨著霜層的增厚，霜表面溫度會逐漸升高，因而設(shè)備達不到設(shè)定的溫度而使物品變質(zhì)。目前所采用的除霜方法都是基于“融霜”的思路，即當霜層結(jié)到一定厚度時就要進行除霜，有電加熱法、有規(guī)律的關(guān)閉系統(tǒng)等方法，但這些方法都是以消耗寶貴的能量為代價的，所以人們進行了各種防霜涂料的研究，試圖通過在冷壁表面涂一層防霜涂料來防止結(jié)霜，以達到節(jié)約能源的目的。
目前，通過采用在冷壁表面涂涂料來抑制結(jié)霜的機理有以下兩種一、使冷壁表面呈現(xiàn)出疏水性，使壁面接觸角增大；二、使冷壁表面呈現(xiàn)出親水性。第一種方法可使在結(jié)霜初期形成的水珠與壁面接觸角增大，接觸面積減小，從而水珠凍結(jié)的慢，初始霜晶形成晚，但隨著壁溫的降低，霜一旦形成，疏水表面便失去作用。第二種方法主要是通過采用吸水性聚合物的吸水性質(zhì)，吸取結(jié)霜初期形成的水珠來防霜，但往往不能重復(fù)使用，且涂層的有效成分易揮發(fā)。目前出現(xiàn)的一些親水性防霜涂料只能滿足防止自然界中的結(jié)霜現(xiàn)象，而對低溫下的結(jié)霜則失去作用。針對低溫設(shè)備中的結(jié)霜而研制的防霜涂料還存在著許多缺點，例如，有人采用在高聚物中加乙二醇來抑制結(jié)霜，這種涂料雖然得到了一定的防霜效果，但很容易揮發(fā)，經(jīng)過三次實驗便失去作用，還有人直接將濃的丙三醇溶液涂到冷壁表面，水蒸氣不斷凝結(jié)于濃的丙三醇溶液中，達到了短時間內(nèi)不結(jié)霜的效果，但丙三醇溶液與壁面的附著能力差，很快就會被主流空氣帶走或霜層融化后被沖刷掉。就目前報道過的效果最好的防霜涂料可使結(jié)霜量減少在30％以內(nèi)，所以現(xiàn)有低溫下防止結(jié)霜的涂料主要有以下缺點防霜效果差，有機涂料中的防霜成分易揮發(fā)，使用周期短。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用在制冷設(shè)備中的防霜效果明顯，不易揮發(fā)且反復(fù)使用性能好的防霜涂料。
本發(fā)明所研制的防霜涂料呈現(xiàn)親水性，其特征在于包含20～60份(質(zhì)量)以丙烯酸鹽、丙烯酰胺及甲基丙烯酸酯為親水單體的任一種或任一組合共聚物的高吸水樹脂，30～60份(質(zhì)量)以醇酸、環(huán)氧、丙烯酸、酚醛樹脂中的任一種為基料的清漆，30～50份(質(zhì)量)的丙三醇。這種防霜涂料的主要特征在于將高吸水樹脂與丙三醇結(jié)合，高吸水樹脂和丙三醇的量越多，防霜效果越好，但涂層的膨脹性會相應(yīng)增大，附著力會相應(yīng)下降。在制作過程中還可以在混合液中加入相應(yīng)的溶劑和助劑，溶劑起到稀釋的作用，便于涂覆，但溶液越稀，防霜效果會越差，助劑的作用是加快涂層的干燥速度。
涂覆時，可采用常規(guī)的涂覆方法，例如噴涂、刷涂、流動涂覆等。
本發(fā)明的親水性防霜涂料之所以具有防霜功能是因為其中含有的高吸水性樹脂的分子中含有極性集團，并具有一定的交聯(lián)度，是一種三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使其可以吸收大量的水。丙三醇可與高吸水樹脂和所采用的醇酸、環(huán)氧、丙烯酸、酚醛樹脂類涂料互溶，不易揮發(fā)，而且丙三醇可以吸濕，更重要的是丙三醇是有效的防凍劑，冰點在0℃以下，并且含水量的多少會明顯影響其冰點，含水50％時，冰點為-23℃，含水66.7％時，冰點在-46.5℃，所以采用這種防霜涂料可使結(jié)霜初期吸收的水分保持在冰點以下一定范圍的溫度內(nèi)不凍結(jié)，因而涂層可以大大延遲初始霜晶的形成。
本發(fā)明的親水性防霜涂料經(jīng)測試，結(jié)果表明在一定的溫度濕度下，可使結(jié)霜時間延遲3小時以上，結(jié)霜量平均減少40％以上。在壁面溫度＞-10℃，相對濕度＜50％的條件下實際上可以實現(xiàn)在冷壁面上不結(jié)霜，且反復(fù)使用性好。上面的結(jié)果具有巨大的應(yīng)用背景在北方寒冷的冬天，空調(diào)機做制熱運行時，室外機(蒸發(fā)器)很容易結(jié)霜，造成蒸發(fā)器堵塞，換熱效率迅速降低，致使空調(diào)機不能正常運行。這是北方冬天普通空調(diào)機不能制熱運行的根本原因。在北方寒冷的冬天，空氣的相對濕度一般都比較小(不超過50％)，所以將該涂料涂于空調(diào)室外機換熱表面上，必然可以有效抑制霜的生成，從而保證空調(diào)機在寒冷的冬天也能正常運行。


圖1實施例2中左側(cè)涂有防霜涂料的紫銅板在環(huán)境溫度(T∞)為15℃，冷壁溫度(Tw)為-8.2℃，相對濕度()為40％條件下360分鐘結(jié)霜對比照片。
圖2在不同的實驗條件下親水涂層表面與紫銅表面霜層厚度的對比情況。
(a)T∞＝16.4℃，Tw＝-8.8℃，＝30％(b)T∞＝16.6℃，Tw＝-15.3℃，＝30％(c)T∞＝21℃，Tw＝-19.5℃，＝34.5％(d)T∞＝15.4℃，Tw＝-8.2℃，＝57％圖3左側(cè)涂層的霜表面溫度與紫銅表面霜表面溫度在不同時間下的對比情況。
(a)結(jié)霜30分鐘(b)結(jié)霜60分鐘圖4在＝50％，Tw＝-9.3℃條件下，不同天數(shù)結(jié)霜60分鐘時的反映涂層重復(fù)使用性能的結(jié)霜照片。
(a)15天(b)40天(c)55天
具體實施例方式實施例1防霜涂料的制作步驟如下1、高吸水樹脂的制作高吸水樹脂組成按質(zhì)量比如下丙烯酸49，丙烯酰胺10，水160，氫氧化鉀20，氫氧化鈉5，甲基丙烯酸羥丙酯7，N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺0.002，引發(fā)劑(過硫酸銨)0.04，亞硫酸氫鈉0.05。
按照上述配方在帶有回流冷凝器、滴液漏斗氮氣導(dǎo)管的反應(yīng)器中加入水及氫氧化鉀和氫氧化鈉，在通入氮氣的條件下加入丙烯酸和N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺，邊攪拌邊加入甲基丙烯酸羥丙酯，保持溫度在40℃。加入丙烯酰胺，分4次加入過硫酸銨引發(fā)劑和亞硫酸氫鈉。加熱至60℃下靜置6小時進行聚合反應(yīng)。聚合反應(yīng)后的混合物由白色混濁凝膠狀變成透明的凝膠，冷卻真空脫水后再真空干燥，產(chǎn)物經(jīng)研磨得到高吸水樹脂。
2、防霜涂料的制作稱量高吸水樹脂20克，環(huán)氧清漆60克，40克丙三醇，助劑二乙烯三胺20克混合后，充分攪拌，用刷子將部分混合液涂附到厚度為6mm的紫銅板左側(cè)表面上，測量涂層厚度為0.3mm。
3、防霜涂料的效果測試如下①測試設(shè)備冷卻裝置采用半導(dǎo)體溫差電制冷器制冷，涂有防霜涂料的紫銅板與半導(dǎo)體冷臺采用公知的手段緊密結(jié)合，采用銅-康銅熱電偶接HP數(shù)據(jù)采集儀測量紫銅表面的溫度，利用顯微鏡、攝像鏡頭、CCD、圖象采集卡、計算機、顯微測量軟件組成的顯微系統(tǒng)進行霜厚測量，利用NEC公司的TH5102熱像儀來測量霜表面的溫度。
②霜厚測量結(jié)果附圖2為相對濕度保持在30％～50％時不同壁溫下有涂層和沒有涂層的紫銅表面上霜層厚度的測量對比結(jié)果。圖2(a)中的結(jié)果表明，在相對濕度為30％左右時，冷壁溫度在-8.8℃時，2小時內(nèi)涂層表面沒有結(jié)霜，而紫銅表面霜厚達0.74mm；圖2(b)中的結(jié)果表明，冷壁溫度在-15.3℃時，涂層表面仍然沒有結(jié)霜，紫銅表面的霜厚為1.45mm；冷壁溫度低至-19.5℃時，參見圖2(c)，涂層表面在測試50分鐘之后才開始結(jié)霜，霜厚在2小時時僅為1.05mm，而紫銅表面的霜厚已經(jīng)厚達2.35mm。圖2(d)中的相對濕度較大為57％，冷壁溫度在-8.2℃，結(jié)果表明，2小時內(nèi)涂層表面沒有結(jié)霜，而紫銅表面霜厚達2.3mm；③結(jié)霜量測量結(jié)果根據(jù)實驗結(jié)果計算得出采用這種防霜涂料在濕度大于50％，壁溫低于-10℃的情況下可使結(jié)霜量減少34％～41％，在空氣相對濕度小于50％，壁面溫度大于-10℃時，結(jié)霜量的減少大于55％，初始霜晶的出現(xiàn)大于3個小時。
以上結(jié)果表明，所采用的防霜涂料有效的抑制了霜的形成，在壁溫＞-10℃，相對濕度＜50％的條件下的抑霜效果尤其明顯。
④表面溫度測量結(jié)果防霜的目的除了使霜厚減薄，防止蒸發(fā)器等設(shè)備的流道被霜層阻塞，更重要的是防止厚厚的霜層帶來的冷壁表面溫度的大幅度升高，得到更接近預(yù)設(shè)的溫度。由于涂層具有熱阻，所以在制冷的初始階段會使有涂層的表面溫度高于沒加涂層的，但在覆蓋霜層之后經(jīng)測試，有涂層的表面溫度低于沒有涂層的，所以這種防霜涂料達到了防霜的最根本目的。附圖3為在T∞＝26.0℃，Tw＝-18.3℃，＝60％的條件下，采用TH5102熱像儀測量的涂層側(cè)與沒有涂層側(cè)的霜表面溫度對比結(jié)果，可以明顯看出壁面左半部分(涂有防霜涂料部分)的霜表面溫度明顯要低于右側(cè)霜層的表面溫度(沒有涂防霜涂料的部分)，而且左側(cè)溫度分布曲線起伏較大，這是因為左側(cè)表面初始霜晶出現(xiàn)晚，結(jié)霜量少，而且霜晶稀疏，出現(xiàn)霜晶位置的表面溫度要高于沒有霜晶的。
④重復(fù)使用性能測試結(jié)果通過兩個月的重復(fù)性實驗，發(fā)現(xiàn)涂層仍舊能保持良好的防霜作用，持久性較好(參見圖4(a)、(b)、(c))。
實施例2高吸水樹脂的組成成分見表1，制作過程同實施例1。稱量高吸水樹脂30克，環(huán)氧清漆60克，45克丙三醇混合后，充分攪拌，用刷子將部分混合液涂附到厚度為6mm的紫銅板左側(cè)表面上，測量涂層厚度為0.8mm。實際測試表明，在冷壁面溫度不低于-10℃，空氣相對濕度不超過50％的范圍內(nèi)，經(jīng)過10小時的實際運行，在冷壁面上均沒有發(fā)現(xiàn)有明顯的霜晶生成。附圖1為采用該防霜涂料的一次實驗中制冷6小時所拍攝的照片。該實施例說明，所發(fā)明的涂料可以用于北方寒冷冬季空調(diào)室外機的防霜處理。
實施例3，4，5表1中分別列出了實施例3，4，5中防霜涂料的組分，其中高吸水樹脂和防霜涂料的制作過程和測試設(shè)備同實施例1，表1中同時列出了實施例1，2的組分及5個實施例的測試效果，。
在試驗中測得，在空氣濕度較低(＜50％)、壁面溫度相對較高(＞-10℃)的情況下，可以將初始霜晶出現(xiàn)的時間至少延遲3小時，結(jié)霜量減少在55％以上。實驗中，測量時間最長為10小時，表1中的“平均結(jié)霜延遲時間”和“平均結(jié)霜量的減少”，是在空氣濕度＜50％、壁面溫度＞-10℃的情況下的平均值。
表1(單位g)


權(quán)利要求
1.一種親水性防霜涂料，其特征在于包含20～60份(質(zhì)量)以丙烯酸鹽、丙烯酰胺及甲基丙烯酸酯為親水單體的任一種或任一組合共聚物的高吸水樹脂，30～60份(質(zhì)量)以醇酸、環(huán)氧、丙烯酸、酚醛樹脂中的任一種為基料的清漆，30～50份(質(zhì)量)的丙三醇。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種親水性防霜涂料，可應(yīng)用于家用冰箱、大型冷庫及其他制冷設(shè)備中，屬于低溫、制冷領(lǐng)域。其親水性防霜涂料特征在于包含20～60份(質(zhì)量)以丙烯酸鹽、丙烯酰胺及甲基丙烯酸酯為親水單體的任一種或任一組合共聚物的高吸水樹脂，30～60份(質(zhì)量)以醇酸、環(huán)氧、丙烯酸、酚醛樹脂中的任一種為基料的涂料，30～50份(質(zhì)量)的丙三醇，這種防霜涂料的主要特征在于將高吸水樹脂與丙三醇結(jié)合。采用本發(fā)明中的防霜涂料在空氣濕度較低(＜50％)、壁面溫度相對較高(＞－10℃)的情況下，至少可以將初始霜晶出現(xiàn)的時間延遲3小時以上，結(jié)霜量減少在50％左右，在一定條件下還可以保持不結(jié)霜，并且反復(fù)使用性能好。
文檔編號C09D167/00GK1632014SQ20041010125
公開日2005年6月29日 申請日期2004年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月17日
發(fā)明者劉中良, 孟聲, 王洪燕, 張新華, 馬重芳 申請人:北京工業(yè)大學(xué)