專利名稱：強(qiáng)吸水性抑霜涂料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種強(qiáng)吸水性抑霜涂料，屬于制冷節(jié)能的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
結(jié)霜是自然界中普遍存在的一種自然現(xiàn)象，當(dāng)某表面溫度低于空氣中水蒸氣的露點(diǎn)溫度時(shí)，結(jié)霜現(xiàn)象就有可能發(fā)生。這一現(xiàn)象的存在給實(shí)際的生產(chǎn)生活帶來很多的不便，并且融霜的過程還會耗費(fèi)大量的能量，因此探索各種抑霜方法非常必要。其中改變換熱器表面的性狀涂以親水性涂料就是其中一種有效的抑霜方法。
親水涂料的抑霜機(jī)理目前仍處于具體的探索之中，但普遍認(rèn)為是由于親水涂料含有強(qiáng)吸水性物質(zhì)，能夠在結(jié)霜初期把凝結(jié)在冷板表面上的水珠吸附到由涂料制成的親水涂層內(nèi)部，因而延緩了初始霜晶的形成。
在國外Okoroafor等人在1999年研制出了一種親水性抑霜涂料，該涂料兩小時(shí)內(nèi)可以降低霜的厚度達(dá)10～30％，但是制成的涂層較厚，約為0.7mm，實(shí)際換熱器表面上涂以這種厚度的涂層會影響到空氣的流通，造成不必要的阻力損失。同時(shí)涂料中的有機(jī)成分易揮發(fā)，涂料使用壽命低。
在國內(nèi)2004年本申請人也研制了一種親水性的防霜涂料，申請的專利號為200410101254.9，公開號為CN1632014，
公開日期為2005年6月29日。這種涂料的抑霜效果比以前有所改善，在低濕度35％冷面溫度＜-10℃的條件下可以延遲霜晶的形成達(dá)三個(gè)小時(shí)以上。但其也存在一定的弊端，就是在環(huán)境濕度較高的情況下抑霜效果并不明顯。當(dāng)環(huán)境濕度在55％以上時(shí)，親水涂層的冷表面一般在制冷實(shí)驗(yàn)進(jìn)行25分鐘左右就出現(xiàn)了初始霜晶，而且涂層厚度也不理想，一般都在0.3mm以上，涂層過厚會增大換熱器熱阻，降低傳熱效率，另外涂層表面比較柔軟，抗沖擊能力差。因此該親水涂料就其成膜的厚度、表面硬度、高濕度條件下的抑霜效果等方面還有待改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對前目前涂料所存在的這些問題，提供了一種成膜更薄，抗壓抗沖擊能力更強(qiáng)，在高濕度≥50％的情況下抑霜效果更加明顯的強(qiáng)吸水性抑霜涂料。
一種強(qiáng)吸水性抑霜涂料，其特征在于含有質(zhì)量成分20～40份的聚丙烯酸吸水樹脂，40～60份的金屬烤漆黏附劑，20～40份的氯化鈉或氯化鉀晶體顆粒以及20～30份的溶劑，吸水樹脂、氯化鈉或氯化鉀顆粒的粒徑在0.025mm以下。
所述的金屬黏附劑采用的是以丙烯酸樹脂、氨基醇酸樹脂或聚氨酯中的任一種為主配的金屬烤漆。
所述的溶劑使用的是環(huán)己酮、汽油、丙二醇丁醚、乙酸丁酯、丁酮中的任一種。
本發(fā)明一種強(qiáng)吸水性抑霜涂料，它還可以含有質(zhì)量成分10～20份的助劑二乙烯三胺，該助劑的作用是加快制備的涂層的干燥速度。
利用本發(fā)明制備涂層時(shí)，可采用常規(guī)的涂覆方法，例如噴涂、刷涂、流動涂覆等。親水涂料噴涂于金屬表面之后采用自然干燥的方式，于通風(fēng)處晾干24小時(shí)以上。不能采用一般金屬烤漆的高溫烘烤方法，否則吸水樹脂將變性。
本發(fā)明強(qiáng)吸水性抑霜涂料之所以具有抑霜功能，是因?yàn)橥苛现械奈詷渲姆肿又泻袠O性集團(tuán)，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)，使其具有能大量吸收水分的功能。而涂料中添加的氯化鈉或氯化鉀顆粒具有非常有效的降低水的冰點(diǎn)的作用，所以被吸水樹脂吸收到涂料內(nèi)部的水分在其作用下可以長時(shí)間保持不被凍結(jié)的狀態(tài)，通常的霜晶都是在被凍結(jié)的水珠上才能形成，因而抑制了初始霜晶的出現(xiàn)，起到了抑霜的作用。
本發(fā)明和本申請人在2004年申請的專利號為2004101012549的親水涂料(以下的對比中‘原涂料’均指該專利中的親水涂料)的區(qū)別在于用金屬烤漆來代替原親水涂料中的清漆作為黏附劑，替代的結(jié)果是使得涂層的厚度減薄，由原來的0.3mm降低到了現(xiàn)在的0.06mm，并且金屬烤漆和金屬表面結(jié)合得牢固性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于清漆和金屬表面結(jié)合得牢固性。同時(shí)涂料中使用了降低水的冰點(diǎn)效果更為明顯的氯化鈉或氯化鉀物質(zhì)，取代原涂料中的丙三醇。原因在于以前使用的丙三醇降低冰點(diǎn)的能效低，要達(dá)到相同的冰點(diǎn)值所需的配比量大，成本增加。另外丙三醇在常溫下處于液體狀態(tài)，并不能完全溶于烤漆中，添加于涂料中會降低烤漆與金屬表面的結(jié)合強(qiáng)度，導(dǎo)致以往的涂層表面較柔軟，抗沖擊能力差，一般抗沖擊強(qiáng)度＜30kg·cm/cm2。使用了金屬烤漆和氯化鈉或氯化鉀之后的涂料，表面抗沖擊能力增強(qiáng)，抗沖擊強(qiáng)度達(dá)到50kg·cm/cm2以上，同時(shí)抑霜效果也得到了明顯的改善，尤其體現(xiàn)在高濕度、低壁溫的情況下。例如當(dāng)環(huán)境濕度大于55％，冷面溫度低于-10℃以下時(shí)，原涂料最多只能延遲冷面上初始霜晶的出現(xiàn)在25分鐘左右，而這種新型涂料能延遲霜晶的出現(xiàn)在兩個(gè)小時(shí)以上，高濕度、低壁溫的環(huán)境條件下抑霜效果相當(dāng)明顯。


圖1實(shí)施例1中本發(fā)明強(qiáng)吸水性抑霜涂料制成的親水表面在環(huán)境溫度T∞＝19.6℃，冷面溫度Tw＝-15.7℃，環(huán)境濕度φ＝56％的實(shí)驗(yàn)條件下與裸銅表面上形成的霜晶的對比照片，照片左側(cè)為親水涂層表面，右側(cè)為裸銅表面；(a)實(shí)驗(yàn)30分鐘；(b)實(shí)驗(yàn)60分鐘；(c)實(shí)驗(yàn)180分鐘；圖2與圖1近似相同的實(shí)驗(yàn)條件下T∞＝19.8℃，Tw＝-15.6℃，φ＝54％，原涂料制成的親水表面與裸銅表面在實(shí)驗(yàn)不同時(shí)間下表面結(jié)霜情況的對比照片，左側(cè)為親水涂層表面，右側(cè)為裸銅表面；(a)實(shí)驗(yàn)30分鐘；(b)實(shí)驗(yàn)60分鐘；(c)實(shí)驗(yàn)120分鐘；圖3本發(fā)明強(qiáng)吸水性抑霜涂料制成的親水表面與裸銅面在實(shí)驗(yàn)條件為T∞＝19.6℃，Tw＝-15.7℃，φ＝56％下的霜高比較；圖4原涂料制成的親水表面與裸銅面在與圖3實(shí)驗(yàn)條件近似的情況下T∞＝19.8℃，Tw＝-15.6℃，φ＝54％下的霜高比較；圖5本發(fā)明強(qiáng)吸水性抑霜涂料制成的親水表面與裸銅面在實(shí)驗(yàn)條件為T∞＝20.5℃，Tw＝-15.5℃，φ＝76％下霜高的比較；圖6原涂料制成的親水表面與裸銅面在與圖5實(shí)驗(yàn)條件近似的情況下T∞＝19.8℃，Tw＝-15.6℃，φ＝73％下霜高的比較；圖7冰箱內(nèi)壁涂以本發(fā)明強(qiáng)吸水性抑霜涂料和內(nèi)壁裸面在冰箱運(yùn)行六個(gè)月后結(jié)霜量的對比情況。左側(cè)為親水表面，右側(cè)為冰箱內(nèi)壁裸面，環(huán)境條件為T∞＝-30.6℃，Tw＝-34.0℃，φ＝80％。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
防霜涂料的制作步驟如下1、吸水樹脂的制作(參考現(xiàn)有吸水樹脂制作的一般工藝過程)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?dú)鈱?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?dú)獾臈l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(shí)進(jìn)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)研磨得到粒徑在0.025mm以下的吸水樹脂。其性能類似于德國Degussa公司生產(chǎn)的Stockosorb 500Powder粉末系列聚丙烯酸樹脂。
2、強(qiáng)吸水抑霜涂料的制作稱量粒徑在0.025mm以下的吸水樹脂5克，氨基醇酸烤漆15克，粒徑在0.025mm以下的5克氯化鈉，環(huán)乙酮10克，助劑二乙烯三胺7.5克混合后，充分?jǐn)嚢瑁脟姌寣⒒旌弦簢娡康胶穸葹?mm的紫銅板左側(cè)表面上，測量涂層厚度為0.06mm，于通風(fēng)處晾干約24小時(shí)后即可以使用。
3、強(qiáng)吸水抑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(jì)算機(jī)、顯微測量軟件組成的顯微系統(tǒng)進(jìn)行霜厚測量。
(2)高濕度低壁溫環(huán)境下涂有本發(fā)明強(qiáng)吸水性抑霜涂料的表面與涂有原涂料的表面抑霜效果的對比實(shí)驗(yàn)條件為環(huán)境溫度T∞＝19.8℃，冷面溫度Tw＝-15.7℃，環(huán)境濕度φ＝56％；實(shí)驗(yàn)不同時(shí)刻涂有本發(fā)明強(qiáng)吸水抑霜涂料的表面與裸銅板表面結(jié)霜的不同情況如圖1中照片a、b、c所示。從圖中可以明顯看出，左側(cè)涂有本發(fā)明強(qiáng)吸水性抑霜涂料的表面實(shí)驗(yàn)三個(gè)小時(shí)后表面沒有任何霜晶生長，而右側(cè)裸銅表面上實(shí)驗(yàn)開始僅1分鐘內(nèi)就有霜晶出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)30分鐘后表面已布滿了霜晶，三個(gè)小時(shí)過后，表面已形成了一層厚達(dá)4.07mm且密實(shí)的霜層；實(shí)驗(yàn)不同時(shí)刻涂有原涂料的表面與裸銅板表面結(jié)霜的不同情況如圖2中照片a、b、c所示。從圖中可以看出，左側(cè)涂有原涂料的表面在實(shí)驗(yàn)最初具有一定的抑霜作用，前20分鐘表面基本沒有霜晶出現(xiàn)，但實(shí)驗(yàn)25分鐘時(shí)，表面已開始出現(xiàn)霜晶，60分鐘時(shí)，霜晶已覆蓋了親水表面的大部分面積，實(shí)驗(yàn)兩個(gè)小時(shí)后，親水表面與右側(cè)的裸銅表面上的霜晶基本上沒什么區(qū)別，霜晶都已比較密實(shí)。
從圖1和圖2的照片對比情況可以看出，本發(fā)明的親水涂料要比原親水涂料的抑霜效果有明顯的改善，原涂料只能延遲霜晶的出現(xiàn)在25分鐘左右，而新親水涂料可以保證表面三個(gè)小時(shí)以上不結(jié)霜；(3)霜高的測量結(jié)果對比圖3為涂有本發(fā)明強(qiáng)吸水性抑霜涂料的表面與裸銅面在實(shí)驗(yàn)條件為T∞＝19.6℃，Tw＝-15.7℃，φ＝56％下的霜高比較圖，從圖中可以看出，涂有本發(fā)明強(qiáng)吸水性抑霜涂料的表面在三個(gè)小時(shí)內(nèi)沒有霜晶出現(xiàn)，霜高一直為零，而裸銅面上實(shí)驗(yàn)三個(gè)小時(shí)后霜高已達(dá)4mm以上；圖4為涂有原涂料的表面與裸銅面在與圖3實(shí)驗(yàn)條件近似的情況下T∞＝19.8℃，Tw＝-15.6℃，φ＝54％下的霜高比較圖，從圖中可以看出涂有原涂料的表面在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到30分鐘時(shí)表面霜高已達(dá)0.2mm，60分鐘時(shí)霜高已達(dá)1mm，兩小時(shí)后霜高已接近2mm，雖然比右側(cè)裸銅表面上霜薄(兩小時(shí)后裸銅面上霜高已達(dá)3.2mm)，但親水表面上2mm的霜厚也同樣會增大表面熱阻，降低表面的傳熱效率，阻礙空氣的流動，增加能耗。
而對比圖1和圖3，涂有本發(fā)明強(qiáng)吸水性抑霜涂料的表面三小時(shí)內(nèi)不結(jié)霜，表面熱阻不會隨著霜層的生長而增大，所以減少了系統(tǒng)能量的損耗；圖5為涂有本發(fā)明強(qiáng)吸水性抑霜涂料的表面與裸銅面在實(shí)驗(yàn)條件為T∞＝20.5℃，Tw＝-15.5℃，φ＝76％下霜高的比較，雖然環(huán)境濕度很高已達(dá)70％以上，但是從圖中可以看出，該涂料仍然具有明顯的抑霜效果，仍然可以保證三個(gè)小時(shí)以上不結(jié)霜，而裸銅表面在這種實(shí)驗(yàn)條件下三小時(shí)后霜高已達(dá)5mm以上；圖6為涂有原涂料的表面與裸銅面在與圖5實(shí)驗(yàn)條件近似的情況下T∞＝19.8℃，Tw＝-15.6℃，φ＝73％下霜高的比較，從圖中可以看出，由于環(huán)境濕度高，涂有原涂料的表面在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到30分鐘時(shí)表面霜高已達(dá)0.5mm，60分鐘時(shí)霜高已達(dá)1.4mm，兩小時(shí)后霜高已達(dá)2.3mm，而裸銅面上霜高則以達(dá)3.8mm。
比較圖3和圖4、圖5和圖6可知涂有本發(fā)明強(qiáng)吸水性抑霜涂料的表面在環(huán)境濕度50％＜φ＜75％，冷面溫度-20℃＜Tw＜-15℃的情況下均可以保證三個(gè)小時(shí)不結(jié)霜，而涂有原涂料的表面在這樣的條件下，兩個(gè)小時(shí)之內(nèi)霜高就已達(dá)2mm以上，而裸銅面上的霜高已達(dá)3mm以上。
實(shí)施例2吸水樹脂的組成成分見表1，制作過程同實(shí)施例1。稱量吸水樹脂20克，聚安酯烤漆40克，氯化鈣30克，200#汽油30克，混合后充分?jǐn)嚢?，用噴槍將混合液噴涂于冰箱?nèi)壁。圖7為涂有本發(fā)明強(qiáng)吸水性抑霜涂料的冰箱內(nèi)壁表面和未涂任何涂料的內(nèi)壁裸面在冰箱運(yùn)行六個(gè)月后結(jié)霜量的對比情況。左側(cè)為親水表面，右側(cè)為冰箱內(nèi)壁裸面，環(huán)境條件為T∞＝-30.6℃，Tw＝-34.0℃，φ＝80％。從圖中可以看到，右側(cè)冰箱的內(nèi)壁裸面上已結(jié)了很厚的一層霜，而左側(cè)親水表面的下部幾乎沒有結(jié)霜，只在涂層表面的上部有很稀薄的霜晶分布。
實(shí)施例3，4，5表1中分別列出了實(shí)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(shí)施例1，表1中同時(shí)列出了實(shí)施例1，2的組分及5個(gè)實(shí)施例的測試效果，。
在實(shí)驗(yàn)中測得，當(dāng)空氣濕度＜75％、壁面溫度＞-20℃、環(huán)境溫度在20℃的情況下，涂有本發(fā)明強(qiáng)吸水性抑霜涂料的表面可以將初始霜晶出現(xiàn)的時(shí)間至少延遲3小時(shí)以上，抑霜效果相當(dāng)明顯，如表中實(shí)施例1、3、4及5。另外強(qiáng)吸水抑霜涂料抑霜實(shí)驗(yàn)測量時(shí)間最長為六個(gè)月，以實(shí)際運(yùn)行的冰箱內(nèi)部為實(shí)驗(yàn)環(huán)境，在冰箱內(nèi)壁上覆涂1.0mm厚度的本發(fā)明強(qiáng)吸水性抑霜涂料，發(fā)現(xiàn)該涂料能明顯減少冰箱內(nèi)壁的結(jié)霜量，如圖7所示。
表1(單位g)


本發(fā)明強(qiáng)吸水性抑霜涂料可以應(yīng)用于各種制冷表面，例如冰箱內(nèi)壁，冷庫，空調(diào)冷凝器表面，以及夜間飛行的飛機(jī)表面等。該涂料成本低，成膜薄，牢固性好，高濕度低壁溫環(huán)境下抑霜效果明顯，所以應(yīng)用前景非常廣闊。
權(quán)利要求
1.一種強(qiáng)吸水性抑霜涂料，其特征在于含有質(zhì)量成分20～40份的聚丙烯酸吸水樹脂，40～60份的金屬烤漆黏附劑，20～40份的氯化鈉或氯化鉀晶體顆粒以及20～30份的溶劑，其中，吸水樹脂、氯化鈉或氯化鉀顆粒的粒徑在0.025mm以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)吸水性抑霜涂料，其特征在于所述的金屬烤漆黏附劑采用的是以丙烯酸樹脂、氨基醇酸樹脂或聚氨酯中的任一種為主配的金屬烤漆。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)吸水性抑霜涂料，其特征在于所述的溶劑使用的是環(huán)己酮、汽油、丙二醇丁醚、乙酸丁酯、丁酮中的任一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)吸水性抑霜涂料，其特征在于還可以含有質(zhì)量成分10～20份的助劑二乙烯三胺。
全文摘要
一種強(qiáng)吸水性抑霜涂料，屬于制冷節(jié)能的技術(shù)領(lǐng)域。利用目前存在的親水性抑霜涂料制成的涂層在厚度、表面硬度、高濕度條件下的抑霜效果等方面還有待改善。本發(fā)明一種強(qiáng)吸水性抑霜涂料，其特征在于包含20～40質(zhì)量份的聚丙烯酸系列的吸水樹脂，40～60質(zhì)量份的以丙烯酸樹脂、氨基醇酸樹脂或聚氨酯三者中的任一種為主配的金屬烤漆，20～40質(zhì)量份的氯化鈉或氯化鉀晶體顆粒以及20～40質(zhì)量份的溶劑，溶劑可以是環(huán)己酮、汽油、丙二醇丁醚、乙酸丁酯、丁酮中的任一種。利用本發(fā)明制備的抑霜涂層成膜薄，厚度為0.06mm，抗壓抗沖擊能力大于50kg·cm/cm
文檔編號C09D5/16GK1916094SQ200610112808
公開日2007年2月21日 申請日期2006年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月4日
發(fā)明者劉中良, 勾昱君, 孟聲, 王洪燕, 王皆騰 申請人:北京工業(yè)大學(xué)