一種防霜塗料、塗層及其製備方法以及在蒸發器的應用的製作方法
2023-05-18 09:46:26 2
一種防霜塗料、塗層及其製備方法以及在蒸發器的應用的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種蒸發器防霜塗料及其塗層的製備方法與應用。一種蒸發器防霜塗料，主要包括丙烯酸樹脂，氟矽烷，納米粒子，功能型助劑和溶劑。本發明還提供該塗料的製備方法，由該塗料固化形成的塗層，製備該塗層的塗覆方法，以及在製冷設備與空氣源熱泵的蒸發器表面或者其他冷表面形成防霜塗層的應用。本發明的防霜塗料，製備工藝簡單，原料易得，施工方便，適用範圍廣，固化形成的防霜塗層疏水性強，防霜性能優異。該塗料與塗層應用於製冷設備與空氣源熱泵的蒸發器表面或者其他冷表面，能夠有效延緩冰霜的形成，提高設備的正常使用效率，並使除霜更加容易，降低除霜時電能的消耗。
【專利說明】一種防霜塗料、塗層及其製備方法以及在蒸發器的應用
【技術領域】
[0001]本發明屬於化學、化工、材料、能源等【技術領域】，涉及一種防霜塗料、塗層及其製備方法以及在蒸發器的應用。
【背景技術】
[0002]結霜與結冰現象普遍存在，給我們的生活與生產帶來極大的不便:降低設備的運行效率，造成不必要的能源浪費，導致安全隱患甚至災難性事故等。其中，在冰箱等製冷設備以及空調等空氣源熱泵的蒸發器表面或者其他冷表面，結霜現象尤其嚴重。
[0003]直冷式冰箱冷凍室中的蒸發器通常安裝在抽屜隔層位置，表面極易結霜，既不美觀又影響使用，除霜的方法通常是將冰箱人為斷電，使蒸發器表面溫度回升，這樣就要暫停冰箱的正常使用，影響食物的保存，給人們帶來不便。另外，由於霜層的存在，大大降低了冰箱等製冷設備的運行效率。有研究表明，霜層厚度每增加5_，設備的換熱效率要下降達20%,導致能耗增加。對於風冷式冰箱而言，蒸發器通常安裝在冰箱箱體的夾層中，雖然冰箱內部基本看不到冰霜，但在蒸發器表面仍然會有冰霜產生，同樣會降低設備的運行效率。為了消除冰霜對製冷效果的影響，這類冰箱會定時自動對蒸發器進行電加熱除霜，進一步加大了電能的消耗。與風冷式冰箱類似，還有諸多製冷設備同樣採用電加熱的方式進行除霜。
[0004]此外，空調等空氣源熱泵的蒸發器表面，也容易的冰霜的產生，導致傳熱效率下降，制熱效果受到影響。這類設備也會進行定時的除霜運行，與製冷設備類似，空氣源熱泵在除霜時同樣會暫停設備的正常運行，並加大能耗。以2011年的數據為例，我國用於冰箱、空調除冰的電力損耗多達2880億度，相當於三峽水電站年發電量的3倍。
[0005]即使製冷設備與空氣源熱泵帶有除霜功能，也容易產生新的問題。設備的除霜程序通常根據實驗室工況進行設定，但是結霜會受到諸多因素的影響。如果除霜程序設定不當，就會出現除霜頻繁、除霜不徹底的現象，蒸發器表面冰霜融化後殘留在表面的水或冰晶，會導致下一個循環中冰霜的產生更加迅速，進一步縮短除霜周期，影響到設備的正常使用。在冰箱、空調等設備的除霜方面，我們消耗了大量的電能。
[0006]綜上所述，冰箱、冷庫等製冷設備以及空調、空氣能熱水器等空氣源熱泵的蒸發器表面和其他冷表面的防霜具有極為重要的經濟意義和社會意義。本發明製備的蒸發器防霜塗料，成膜形成塗層之後，表面具有疏水性甚至超疏水性，水滴的靜態接觸角可達120-160°，接觸角滯後小於20°。在該塗層表面對水的黏附力小，冷凝水滴呈珠狀，易於從表面滾落，難以在表面積聚。通過本發明的防霜塗料塗覆在蒸發器表面或者其他冷表面形成的防霜塗層，結霜的延緩可達60-120min。同時，水滴與表面的接觸面積減小，表面與水滴之間的熱傳遞受到抑制，能夠延緩冷凝水結冰。另外，該塗層能夠減小冰霜與表面之間的黏附力，使得除霜更為容易，從而節約除霜時的電能消耗。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的在於提供一種蒸發器防霜塗料及其製備方法。[0008]本發明的目的還在於提供一種蒸發器防霜塗層及其製備方法。
[0009]本發明的目的還在於提供一種蒸發器防霜塗料及其塗層的應用。
[0010]本發明通過如下技術方案實現:
一種蒸發器防霜塗料主要由丙烯酸樹脂、氟矽烷、納米粒子、功能型助劑、溶劑組成。
[0011]根據本發明，所述塗料由丙烯酸樹脂組成，優選為含氟或含矽丙烯酸樹脂。
[0012]根據本發明，所述塗料由丙烯酸樹脂組成，其質量分數為10-80%，優選為20-60%。
[0013]根據本發明，所述塗料由氟矽烷組成，其質量分數為1_20%，優選為1_15%，更優選為 1-12%。
[0014]根據本發明，所述塗料由納米粒子組成，其質量分數為1_20%，所述納米粒子為納米二氧化矽、納米二氧化鈦、納米二氧化鋯、納米氧化鋅、納米氧化鋁、納米氧化錫、納米氧化銦錫、納米碳酸鈣。
[0015]根據本發明，所述塗料由功能型助劑組成，其質量分數為0-20%，所述功能型助劑包括矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑中的一種或幾種。
[0016]根據本發明，所述塗料由溶劑組成，其質量分數為20-80%，所述溶劑包括乙醇、異丙醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮、丁酮中的一種或幾種。
[0017]本發明還提供一種蒸發器防霜塗料的製備方法，其特徵在於包括以下過程:
(I)將納米粒子與功能型助劑加入到一定量溶劑中，通過機械攪拌、超聲分散、球磨分散中的一種或者幾種方式進行分散一定的時間，得到納米粒子分散液；或者直接使用購買的納米粒子分散液。
[0018](2)向上述納米粒子分散液中加入溶劑、丙烯酸樹脂、氟矽烷，通過機械攪拌、超聲分散、球磨分散中的一種或者幾種方式進行分散一定的時間，得到蒸發器防霜塗料。
[0019]本發明還提供一種蒸發器防霜塗層，其特徵在於，所述塗層包括上述防霜塗料和
基材O
[0020]根據本發明，所述的基材選自鐵、碳鋼、不鏽鋼、銅、鋁、鋁合金等金屬或合金，以及表面進行噴塑處理後的上述基材。
[0021]本發明還提供一種防霜塗層的製備方法，其特徵在於，將上述防霜塗料塗覆在基材表面，在適當的條件下固化成膜獲得防霜塗層。
[0022]根據本發明，所述塗覆方式包括刷塗、輥塗、噴塗、浸塗、淋塗等施工方式中的一種或幾種。
[0023]根據本發明，所述固化成膜，可以是防霜塗料在室溫下乾燥成膜，也可以是加熱固化成膜。
[0024]優選地，所述方法包括:將所述防霜塗料以刷塗、輥塗、噴塗、浸塗、淋塗等方式塗覆在基材表面，在適當的條件下固化成膜，獲得防霜塗層。
[0025]本發明還提供一種上述防霜塗料及其塗層在蒸發器表面或者其他冷表面防霜中的應用。
[0026]本發明還提供一種蒸發器表面或者其他冷表面防霜的方法，所述方法包括將上述防霜塗料以刷塗、輥塗、噴塗、浸塗、淋塗等方式塗覆在基材表面。優選地，所述方法還包括將塗覆在基材表面的防霜塗料經固化成膜形成塗層。
[0027]本發明的防霜塗料及其塗層，相比其他類似材料具有以下優點:(I)工藝簡單:本發明所述防霜塗料的製備工藝簡單易行，如將所述納米粒子在溶劑中進行分散之後，與丙烯酸樹脂、氟矽烷共混就可以獲得防霜塗料；所述防霜塗料的施工工藝簡單，可以通過刷塗、輥塗、噴塗、浸塗、淋塗的方式塗覆在基材表面。
[0028](2)適用範圍廣，易於大面積施工:所述防霜塗料能廣泛適用於鐵、鋼、銅、鋁、鋁合金等金屬及合金表面，而且可以通過刷塗、輥塗、噴塗、浸塗、淋塗的方式進行大面積施工。
[0029](3)防霜性能優異:所述防霜塗料在基材表面形成的防霜塗層具有疏水性，一方面能夠避免冷凝水或者冰霜在蒸發器等冷表面的積累，延緩冰霜的形成；另一方面能夠降低除霜時的能量消耗，使形成的冰霜能夠在表面溫度略高於零度時輕易脫落。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]圖1是本發明試驗實例I示意圖；
圖2是本發明試驗實例2不意圖；
圖3是本發明試驗實例3不意圖；
圖4是本發明試驗實例4示意圖。
【具體實施方式】
[0031]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步地詳細描述。
[0032]實施例1
(1)取40mL丙酮、40mL乙酸乙酯、20mL乙醇混合配製成混合溶劑；
(2)向上述混合溶劑中加入30g納米二氧化娃通過機械攪拌30min分散均勻,加入0.15矽烷偶聯劑繼續攪拌20min，得到納米粒子分散液；
(3)將2g氟矽烷加入到納米粒子分散液中，通過機械攪拌IOmin分散均勻；
(4)將12g丙烯酸樹脂加入到納米粒子分散液中，通過機械攪拌分散2h，得到防霜塗
料；
(5)將防霜塗料均勻塗覆在鋁片表面，將鋁片置於80°C烘箱中4h成膜，得到具有防霜塗層的招片。
[0033]實施例2
(1)將50g納米氧化鋅乙醇分散液(納米氧化鋅含量40%)與50g丁酮混合，通過機械攪拌30min混合均勻；
(2)將2g氟矽烷加入到納米粒子分散液中，通過機械攪拌分散IOmin；
(3)將20g丙烯酸樹脂加入到納米粒子分散液中，通過機械攪拌分散2h，得到防霜塗料。 [0034](4)將防霜塗料均勻塗覆在鋁片表面，將鋁片置於100°C烘箱中2h成膜，得到具有防霜塗層的鋁片。
[0035]試驗實例I
對上述實施例1中製備的表面具有所述防霜塗層的鋁片進行水滴靜態接觸角的測試，測得的水滴靜態接觸角為127°，如圖1所示，接觸角滯後為10°。
[0036]試驗實例2對上述實施例2中製備的表面具有所述防霜塗層的鋁片進行水滴靜態接觸角的測試，測得的水滴靜態接觸角為120°，如圖2所示，接觸角滯後為14°。
[0037]試驗實例3
對上述實施例1中製備的表面具有所述防霜塗層的鋁片進行防霜測試，環境溫度為19°C，相對溫度為40%，鋁片表面溫度為-14.5°C，測量鋁片表面的霜層厚度的變化，同時以未塗覆防霜塗料的鋁片進行對比試驗。2h後，未塗覆防霜塗料的鋁片表面霜層厚度為
2.35mm，具有所述防霜塗層的鋁片表面霜層厚度為0.47mm。霜層厚度隨時間的變化如圖3所示。
[0038]試驗實例4
對上述實施例2中製備的表面具有所述防霜塗層的鋁片進行防霜測試，環境溫度為21°C，相對溫度為50%，鋁片表面溫度為-15.(TC，測量鋁片表面的霜層厚度的變化，同時以未塗覆防霜塗料的鋁片進行對比試驗，2h後，未塗覆防霜塗料的鋁片表面霜層厚度為
2.85mm，具有所述防霜塗層的鋁片表面霜層厚度為0.62mm。霜層厚度隨時間的變化如圖4所示。
[0039] 以上所揭露的僅為本發明一種較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發明之權利範圍，因此依本發明權利要求所作的等同變化，仍屬本發明所涵蓋的範圍。
【權利要求】
1.一種防霜塗料，其特徵在於:按重量百分比包括如下成份:丙烯酸樹脂10-80%、氟矽烷1-20%、納米粒子1_20%、功能性助劑0-20%、溶劑20-80%。
2.如權利要求1所述的防霜塗料，其特徵在於:按重量百分比包括如下成份:丙烯酸樹脂20-60%、氟矽烷1-15%、納米粒子1_20%、功能性助劑0_20%、溶劑20_80%。
3.如權利要求1所述的防霜塗料，其特徵在於:所述丙烯酸樹脂為含氟或含矽丙烯酸樹脂。
4.如權利要求1所述的防霜塗料，其特徵在於:所述納米粒子為納米二氧化矽、納米二氧化鈦、納米二氧化鋯、納米氧化鋅、納米氧化鋁、納米氧化錫、納米氧化銦錫、納米碳酸鈣中的一種。
5.如權利要求1所述的防霜塗料，其特徵在於:所述功能型助劑包括矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑中的一種或幾種。
6.如權利要求1所述的防霜塗料，其特徵在於:所述溶劑包括乙醇、異丙醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮、丁酮中的一種或幾種。
7.一種防霜塗料的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟: (1)納米粒子分散液的製備:將納米粒子與功能型助劑加入到一定量溶劑中，通過機械攪拌、超聲分散、球磨分散中的一種或者幾種方式進行分散一定的時間，得到納米粒子分散液；或者直接使用購買的納米粒子分散液； (2)向上述納米粒子分 散液中加入剩餘的溶劑、丙烯酸樹脂、氟矽烷，通過機械攪拌、超聲分散、球磨分散中的一種或者幾種方式進行分散一定的時間，得到蒸發器防霜塗料。
8.一種防霜塗層，其特徵在於，所述塗層包括如權利要求1所述的防霜塗料和基材，所述的基材選自鐵、碳鋼、不鏽鋼、銅、鋁、鋁合金等金屬或合金，以及表面進行噴塑處理後的上述基材。
9.一種防霜塗層的製備方法，其特徵在於，將上述防霜塗料塗覆在基材表面，固化成膜獲得防霜塗層，所述塗覆方式包括刷塗、輥塗、噴塗、浸塗、淋塗等施工方式中的一種或幾種，所述固化成膜，為防霜塗料在室溫下乾燥成膜或是加熱固化成膜中的一種。
10.一種如權利要求1所述的防霜塗料及其塗層在蒸發器表面或者其他冷表面防霜中的應用。
【文檔編號】C09D7/12GK104017444SQ201410234127
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月29日 優先權日:2014年5月29日
【發明者】呂健勇, 王健君, 邵文義, 邵永明 申請人:寧波諾沃新材料科技有限公司