通過(guò)含有基于混合硅氧烷的溶膠-凝膠組合物進(jìn)行防腐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的具有酸性pH值的、用于涂覆銅基材的、基于混合硅氧烷的溶膠-凝膠組合物；根據(jù)權(quán)利要求5的制備基于混合硅氧烷的溶膠-凝膠組合物的方法；根據(jù)權(quán)利要求10的基于混合硅氧烷的溶膠-凝膠組合物利用浸涂法涂覆銅基材的用途；以及根據(jù)權(quán)利要求16的具有基于混合硅氧烷的溶膠-凝膠組合物的涂層的熱交換器。
【背景技術(shù)】
[0002]最近幾年對(duì)高效節(jié)能產(chǎn)品的需求日益增長(zhǎng)。其原因一方面在于能源價(jià)格大幅上漲，而且未來(lái)還會(huì)繼續(xù)上漲，另一方面也在于不斷增強(qiáng)的環(huán)境意識(shí)(0)2排放)。
[0003]近期以來(lái)，尤其是在用于提供熱水的熱交換器方面，無(wú)論是工業(yè)還是家用領(lǐng)域，均表現(xiàn)出這一趨勢(shì)。為了節(jié)省成本，并且從生態(tài)觀點(diǎn)來(lái)看，也越來(lái)越多地利用源自冷凝式鍋爐的廢氣的冷凝熱。于是其具有專(zhuān)門(mén)針對(duì)冷凝模式設(shè)計(jì)的冷凝式熱交換器，用于加熱水或者用于供暖。
[0004]銅材料由于其突出的導(dǎo)熱能力，經(jīng)常用于熱交換器。此外，銅材料的特征還在于加工簡(jiǎn)單。其例如可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)方法如拉伸、沖壓、切割或釬焊進(jìn)行加工。優(yōu)異的飲用水相容性和回收能力使得銅材料成為熱交換器的理想材料。
[0005]廢氣通常具有比較高的酸濃度。這通常是因?yàn)榇嬖赟OjP NO x。銅不具有很好的耐酸性，在如此的腐蝕性環(huán)境條件下具有腐蝕傾向。這尤其是在高于50°C的高表面溫度及pH值低于3的高酸含量的情況下是成問(wèn)題的。在如此的腐蝕性環(huán)境條件下，通過(guò)與廢氣中存在的硫酸的反應(yīng)，在銅表面上形成綠色的水膽礬腐蝕層(Cu4SO4(OH)6)。
[0006]作為銅質(zhì)熱交換器的替代，可以使用高級(jí)不銹鋼AISI (316L)或者鋁作為材料。鋁是昂貴的不銹鋼的成本低廉的替代品。但是鋁質(zhì)熱交換器需要定期進(jìn)行大規(guī)模且成本高昂的保養(yǎng)。不銹鋼價(jià)格昂貴，比較重，而且與銅或鋁相比具有較差的傳熱特性。但是即使采用高級(jí)不銹鋼，在腐蝕性環(huán)境條件下也會(huì)發(fā)生點(diǎn)蝕形式的腐蝕。
[0007]在鋁質(zhì)熱交換器的情況下，通常同樣無(wú)法阻止腐蝕。熱交換器表面會(huì)逐漸腐蝕。腐蝕速度較小，熱交換器的厚度應(yīng)當(dāng)足以保證使用壽命。鋁質(zhì)熱交換器的最大缺點(diǎn)是需要定期進(jìn)行保養(yǎng)，以便去除腐蝕產(chǎn)物。
[0008]鋁質(zhì)熱交換器通常不適合于飲用水領(lǐng)域的應(yīng)用。為此具有雙壁的鋁質(zhì)熱交換器必須由兩種不同的材料例如銅和鋁制成，其中鋁側(cè)朝向廢氣側(cè)，銅側(cè)朝向飲用水。如此的雙金屬解決方案非常昂貴，并且只能以復(fù)雜的方式生產(chǎn)。此外，這兩種不同的金屬還具有不同的熱膨脹系數(shù)。由于金屬的不同的熱膨脹，例如會(huì)在接觸面中產(chǎn)生空隙，其在傳熱時(shí)導(dǎo)致?lián)p失(由于空氣間隙引起接觸熱阻增大)。
[0009]與不銹鋼或者鋁質(zhì)的熱交換器相比，銅質(zhì)熱交換器尤其是由于傳熱系數(shù)非常高所以是更具競(jìng)爭(zhēng)力的解決方案。由于生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，熱交換器的結(jié)構(gòu)緊湊且性能恒定，尺寸和重量方面均有優(yōu)勢(shì)，因此銅材料屬于最適合的熱交換器材料。
[0010]為了改善熱交換器中銅的腐蝕特性，具有涂層的銅材料是已知的。該涂層例如可以具有溶膠-凝膠組合物。
[0011]基于混合硅氧烷的溶膠-凝膠組合物包括范圍很廣的無(wú)機(jī)或有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合材料，所有這些復(fù)合材料均以溶膠-凝膠法作為共同的合成路徑。在此可以選用大量不同的化學(xué)化合物，使得該組合物可以適應(yīng)于各種不同的應(yīng)用領(lǐng)域。然而，已知的溶膠-凝膠組合物只有很普通的耐腐蝕性，與銅材料之間的結(jié)合通常是成問(wèn)題的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，并且實(shí)現(xiàn)可提供阻擋含酸廢氣的腐蝕阻擋物的方法。尤其是應(yīng)當(dāng)降低銅質(zhì)熱交換器的易腐蝕性。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，所述目的是通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的溶膠-凝膠組合物、通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求5的方法、通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求10的用途以及通過(guò)具有權(quán)利要求16的特征的熱交換器實(shí)現(xiàn)的。其他有利的實(shí)施方案記載于從屬權(quán)利要求。
[0014]關(guān)于具有酸性pH值的基于混合硅氧烷的溶膠-凝膠組合物，本發(fā)明提供包含以下成分的混合物
[0015]a)硫醇官能化的二燒氧基燒基娃燒，尤其是疏基燒基二燒氧基娃燒，
[0016]b)三烷氧基芳基硅烷，
[0017]c) 二燒氧基燒基娃燒，
[0018]d) 二燒氧基稀基娃燒，
[0019]e)自由基引發(fā)劑，及
[0020]f)具有酸性pH值的溶劑混合物。
[0021]此類(lèi)溶膠-凝膠組合物可用于對(duì)金屬如銅基材進(jìn)行涂覆，因此用作良好的腐蝕阻擋物。于是該經(jīng)涂覆的材料例如可以暴露在含酸廢氣中，不會(huì)出現(xiàn)腐蝕損壞。該組合物的一大優(yōu)點(diǎn)在于，可以容易地大量制備。在該溶膠-凝膠組合物中使用硫醇官能化的三烷氧基烷基硅烷對(duì)于使金屬如銅針對(duì)腐蝕進(jìn)行鈍化具有決定性的意義。三烷氧基烷基硅烷的硫醇官能化的特征在于，與貴金屬及尤其是與銅、銀或金的親合性特別大。因此該硫醇官能化的三烷氧基烷基硅烷以特別的方式用于使溶膠-凝膠組合物共價(jià)鍵結(jié)在金屬上。以此方式通過(guò)添加硫醇官能化的基團(tuán)，大幅改善了溶膠-凝膠組合物在銅基材上的結(jié)合力。
[0022]在溶膠-凝膠組合物內(nèi)實(shí)現(xiàn)高度交聯(lián)，不僅是通過(guò)不同官能化的硅氧烷(三烷氧基芳基硅烷、三烷氧基烷基硅烷)的縮合反應(yīng)使分子相互交聯(lián)，而且還通過(guò)添加交聯(lián)劑，即具有聚合能力的單體成分，例如丙烯酸酯或者甲基丙烯酸酯。因此該溶膠-凝膠組合物形成混合體系。其優(yōu)點(diǎn)在于，該溶膠-凝膠組合物能夠形成穩(wěn)定的涂層，并且非常好地浸潤(rùn)待涂覆的表面。此外，將無(wú)機(jī)聚合物與有機(jī)聚合物相結(jié)合，提供利用該溶膠-凝膠組合物優(yōu)化涂層在彈性、耐酸性、抗刮強(qiáng)度、硬度或耐化性方面的性能的可能性。所述單體成分也可以用二燒氧基娃燒進(jìn)彳丁官能化，并且可以是二燒氧基稀基娃燒。通過(guò)添加自由基引發(fā)劑也可以使該溶膠-凝膠組合物發(fā)生共聚合，形成真正的互穿網(wǎng)絡(luò)。優(yōu)選利用自由基聚合法在該溶膠-凝膠組合物內(nèi)產(chǎn)生有機(jī)聚合物。
[0023]可以使用不同官能化的硅氧烷，以獲得根據(jù)本發(fā)明的組合物。獲得特別有利的組合物，其條件是在基于混合硅氧烷的溶膠-凝膠組合物中
[0024]a)硫醇官能化的二燒氧基燒基娃燒是3-疏基丙基二燒氧基娃燒、3-疏基丙基二乙氧基硅烷或3-巰基丙基甲基二甲氧基硅烷；
[0025]b)三烷氧基芳基硅烷是苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷或二苯基二乙氧基娃燒;
[0026]c)三烷氧基烷基硅烷是丙基三甲氧基硅烷、正丁基三甲氧基硅烷、異丁基三甲氧基硅烷或甲基三甲氧基硅烷；
[0027]d)三烷氧基烯基硅烷是3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基甲基三乙氧基硅烷、丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙稀基二甲氧基娃燒或乙稀基二乙氧基娃燒;
[0028]e)自由基引發(fā)劑是2，2'-偶氮雙異丁腈或過(guò)氧化苯甲酰，及
[0029]f)酸性溶劑混合物具有0.1M HNOjP醇的混合物。
[0030]利用上述化合物的該組合物，獲得理想地適合于對(duì)銅進(jìn)行鈍化處理的基于混合物的溶膠-凝膠組合物，尤其是物質(zhì)a: b: c: d的比例是摩爾比2.5: 2.5: 5: 1，所述物質(zhì)a: b: c: d優(yōu)選是疏基二燒氧基燒基娃燒、二燒氧基芳基娃燒、二燒氧基燒基娃燒和二燒氧基稀基娃燒。
[0031]在不同硅氧烷的該組合物中，存在丙烯酸酯官能化的硅氧烷與其他官能化的硅氧烷進(jìn)行共聚合的最佳比例。在這些物質(zhì)的組合物具有該比例時(shí)，獲得基于混合物的溶膠-凝膠組合物的非常好的組合物。
[0032]2-丙醇與三烷氧基烯基硅烷的摩爾比為5.5。因此建議可以按照以下所述修改給定組分的摩爾比:二燒氧基燒基娃燒和二燒氧基芳基娃燒為I至7，二燒氧基燒基娃燒為2至14，三烷氧基烯基硅烷為0.2至5，2-丙醇或其他溶劑為0.5至20。
[0033]在另一