CN103958622B - 防腐蚀用的涂层材料及具有该涂层材料的太阳能接收器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种防腐蚀用的涂层材料以及一种具有这种涂层材料的太阳能接收器。该涂层材料包含：含有树脂的粘合剂(13)，该树脂包含以下物质中的至少一种：低聚硅氧烷或聚硅氧烷、有机硅树脂、有机硅、硅酸盐和磷酸盐，并且所述树脂溶解于溶剂中；含有平均粒径至少为1μm的锌微粒(14)的颜料，其特征在于：在该涂层材料中存在包含平均直径不超过100nm的钛氧化物或氧化硅的纳米颗粒(15)的附加颜料。有利的是，所述涂层具有除归因于锌颗粒(14)应用的防腐蚀效果之外的自愈效果(17)。

Description

防腐蚀用的涂层材料及具有该涂层材料的太阳能接收器
本发明涉及一种防腐蚀用的涂层材料(Schichtmaterial)。所述涂层材料具有包含树脂且溶于溶剂的粘合剂。该树脂包含以下物质中的至少一种：低聚硅氧烷或聚硅氧烷、有机硅树脂、有机硅、硅酸盐和磷酸盐。此外，该粘合剂含有颜料，其包含平均直径至少为1微米的锌微粒(Mikropartikeln)。此外，本发明还涉及一种用于太阳能发电厂的太阳能接收器，包括由金属制成的吸收管(Absorberrohr)和由玻璃制成的套管(Hüllrohr)，该套管围绕所述吸收管以形成空腔(zwischenraum)，其中该空腔是气密密封的。
在引言中指出的此类涂层材料例如由WO 2009/129783A2而已知。本文所公开的涂层材料包含可被无机物包封(umhüllen)的金属颗粒。包封是旨在达到比使用纯锌层更好的防腐蚀结果。然而，颗粒的包封也能导致锌的防腐蚀效用被减弱。另一方面，金属颗粒的包封改善了其用于防腐蚀的长期效用，因为即使在锌颗粒暴露于涂层中(例如涂层受损)的情况下，其仍能减慢它们的快速腐蚀。换句话说，因使用包封的金属颗粒而得到改进的防腐蚀的长期效用得自于在未受损的涂层中使直接保护效果弱化的事实。
本发明的目的在于提供一种防腐蚀用的涂层材料(Schichtmaterial)，该涂层材料包含锌颗粒且既确保改善的防腐蚀效用又确保改进的长期稳定性。
此外，本发明的目的在于开拓这种涂层材料的有利的应用领域。
本发明的目的是通过引言所述的涂层材料来实现的，因为另一种包含平均粒径最大为100nm的氧化钛或氧化硅纳米颗粒(nanopartikeln)的颜料存在于该涂层材料中。还可使用氧化钛和氧化硅的混合物。使用具有纳米级颗粒(下文统称为纳米颗粒)的颜料的优势在于，一方面可省去所使用的锌微粒的包封。因而，锌微粒能有利地发挥其防腐蚀的全部效用。另一方面，使用附加染料/包含氧化钛和/或氧化硅纳米颗粒的附加颜料(weiterePigment)而不是锌颗粒的涂料(Beschichtung)。由于这种颜料包含纳米颗粒，在涂层硬化后纳米颗粒仍能在涂层材料中进一步迁移。因而，在使用该涂层时形成了以下的保护机制。优选在小于100℃的温度下就会硬化的涂料系统(lacquer system)主要通过充当阴极防腐蚀保护的锌颜料(微粒)来保护金属组分不受腐蚀。这以金属组分整体更加高级(edler)为前提。例如铁和钢就是这种情况，因为相对于氢，锌的标准电势为-0.76V而铁的标准电势为-0.4V。在高达300℃的温度范围可轻而易举地利用由锌颜料所实现的阴极防腐蚀保护。若优选包含铁合金的组分处于风化(Witteruntgseinflüssen)作用下(例如潮湿、盐、温度)，锌颜料则优选经受腐蚀侵袭并因而表现为牺牲阳极的功能。
使用纳米级的钛或氧化硅(纳米颗粒)在涂层受损的情况下仍能使涂层稳定化。这种稳定化是由自我修复过程引起的。在受损的情况下，暴露锌颜料并由此形成了正表面电荷。若没有随后的自我修复过程，则由于腐蚀侵袭，锌会很快被降解，届时防腐蚀作用将不再得到保证。然而，氧化钛和/或氧化硅的纳米颗粒带有负表面电荷并因此会向受损处迁移。由此，受损处得到覆盖并在暴露出的锌颜料上形成涂层，这就在该处替换了所述涂层材料的基体。从而，锌颜料在受损处的降解再次得以减缓，其结果是就功能而言可认为所述涂层是可自我修复的。
现已发现，若锌微粒的平均直径最高不超过100μm，则可使所述效果得以优化。若氧化钛或氧化硅的纳米颗粒的平均直径最低不低于100nm，则可进一步有利地简化所述涂层材料的制造。
此外，根据本发明的另一方案，可加入包含氧化铝、氧化锆或氧化硅的附加颜料，这些颗粒的平均直径至少为1μm。这些附加颜料用作填料并提高了涂层的热稳定性。然后，后者也可承受更高的温度，无论如何有必要将锌的熔点415℃列入考虑。
此外，还可进一步添加辅料(Hilfsstoffe)。疏水性二氧化硅(hydrophobe)可作为用于固体添加剂的触变剂和抗沉降剂助剂(分散剂)。此外。由于疏水性二氧化硅的疏水特性，它也提高了待制备的涂层的保护效用。可添加1～3质量％的疏水性二氧化硅。除了已经提到的物质，在此文中还列举了氧化铝、氧化锆、氧化硅、碳纳米管和氮化硼纳米管(Bornitrit Nanotubes)。
此外，在引言中提及的本发明的目的通过用于太阳能发电厂的包含由金属制成的吸收管的的太阳能接收器来实现。所述吸收管被容纳在由玻璃制成的套管中，以使这两个管之间形成空腔。该空腔是气密密封的。实现该目的所凭借的是，太阳能接收器的外部可进入部分配备有由经硬化的涂层材料制得的涂层(在透明套管外部)，该涂层按上文所述的方式配置。因此，具体而言，该涂层材料包含含树脂的基体，所述树脂包含上述物质。此外，在基体中掺入作为颜料的锌微粒以及掺入作为附加颜料的氧化钛和/或氧化硅纳米颗粒。由于涂层已硬化，溶剂从树脂中完全或至少大部分蒸发，由此形成了硬化的涂层材料。
此外，太阳能接收器的一个实施方式提供了由焊缝来保证缝隙的气密密封。根据本发明，将该焊缝设置在具有硬化的涂层材料的太阳能接收器的外部可进入部分。这有利于使隔离环(Distanzring)得到可靠的防腐蚀保护。隔离环的外部可进入部分一端与套管邻接以及另一端与吸收管邻接。这些连接处(Stelle)同样优选由涂层材料覆盖。由此，对于气密密封的密封处也能有效地抵御腐蚀。
在附图的基础上，下文将描述本发明的进一步细节。附图中相同或相应的元件在各情况下具有相同的参照标记，并且只在各个图之间有差异的地方给予重复说明，其中：
图1和图2示出了本发明实施例的涂层材料的示意性断面，以及
图3示出了本发明实施例的太阳能接收器的纵向断面。
如图1所示，将涂层11施加至组件12。该涂层具有包含粘合剂13的基体，该粘合剂中掺入锌微粒14。此外，钛氧化物和/或氧化硅的纳米颗粒15在粘合剂13中均匀分布。另外，还可在基体中提供填料颗粒16，例如氧化铝。
图2示出了对比图1的涂层结构。但图2中未提供填料颗粒16。然而，图2示出了以裂缝形式存在的损伤17是如何改变涂层结构的。可以清楚地看到个别锌微粒14a暴露在裂缝的表面18中。这导致暴露的微粒14a的腐蚀速率增加，并因而在裂缝表面18上局部形成正表面电荷。由于氧化物纳米颗粒15因其小尺寸能够在由粘合剂13形成的涂层基体中迁移，从而因其负表面电荷，它们在扩散区25(点划线表示的阴影)内部迁移至裂缝表面18，在那里它们产生聚集。特别地，暴露的锌微粒14a也会被覆盖，并因而再次降低了它们的活性且达到(level out)相当于在粘合剂13中完全掺入的锌微粒14的水平。因此，就所述涂层11的防腐蚀性能而言，可能表示为自我修复。虽然损伤17仍然存在，但是在涂层的这片区域中腐蚀未被加速，并且因此在这点上，组件12仍是处于抵抗腐蚀攻击的保护状态下。
图3示出了由吸收管20、套管21和隔离环22构成的太阳能接收器19。隔离环22促使吸收管20被安装在套管21的中心，从而形成了空腔23。该空腔被视为绝缘层。
为了使套管21和吸收管20的不同的膨胀系数得到补偿，经由缺口30(例如间隙配合(Spielpassung))(以放大形式表示)在吸收管20上可移动地安装隔离环22。设置由金属板(Blech)制成的波纹管31来补偿隔离环22在吸收管20上的轴向移动以获得内部空间23的气密密封。这些波纹管通过在吸收管20上的基座环32来获得支承，其中后者通过对焊连接(Schweiβverbindung)33来固定。波纹管31和基座环32间的连接可以是冲压连接(Pressverbindung)34。隔离环22和波纹管31之间的连接通过中间环35来实现，该中间环35同样通过冲压连接的方式连接于波纹管31。连接环35和隔离环22也通过对焊接连接36在它们的接合处连接。这在隔离环22和中间环35之间提供了气密密封。
为了保护通过焊缝33、36形成的空腔23的牢固密封区域，将涂层24施加在这些区域，所述涂层例如具有如图1中的以未详细示出的方式示出的形态。这导致对焊缝33、36的从外部可进入的部分的腐蚀保护。邻近的部分可同样被涂覆(未示出)。
甲基有机硅树脂溶液或甲基苯基有机硅树脂溶液能够用作例如粘合剂。这些物质的商用名称例如为Wacker公司的REN50、REN60或REN80。另一种可行方案是疏水二氧化硅的应用。这种能够购自例如Wacker公司，商用名称为HDK H13L或HDK H15。这些物质溶于丁醇、二甲苯或这些溶剂的混合物。当使用这些溶剂时，室温就足以用于干燥。若以1～3重量％的浓度将二氧化硅添加至该涂层材料，则其能同时作为用于固体添加剂的分散剂和触变剂发挥作用。此外，其能给予待制造的涂层表面以疏水性。所述涂层材料能够例如作为涂料来加工。加工所使用的颗粒以形成包含所述溶剂和粘合剂的并且作为颗粒分散体被加工的涂料系统。如果使用特定的甲基聚硅氧烷树脂(例如Wacker公司的MSF100)，那么在使用催化剂的情况下以及在室温和50％的相对空气湿度下，涂料在半个小时内硬化至可触碰的坚固程度。酸、碱、锡、锌、钛和锆的化合物可以用作催化剂。因为微粒必然包含锌，所以在涂料系统中确保了催化剂的存在。
可以通过喷涂、浸渍或涂刷(streichen)的方式来施加所述涂料系统。对于应用于太阳能接收器上的防腐蚀涂层的制造，优选使用压缩空气枪来进行喷涂。这利于在铺设位点(Baustelle)起效。由此，也易于对已安装好的设备进行维修。另一方面，还易于将压缩空气枪整合进太阳能接收器的初始安装的过程。在这种情况下，例如可使用气动控制的自动枪(pneumatisch gesteuerte Automatikpistolen)。

Claims (6)

1.一种防腐蚀用的涂层材料，其由以下组成：
·含有树脂的粘合剂(13)，所述树脂包含以下物质中的至少一种：有机硅和聚磷酸酯，并且所述树脂溶于溶剂中，
·含有平均直径至少为1μm的锌微粒(14)的颜料，
·包含平均直径至多为100nm的氧化钛或氧化硅纳米颗粒(15)的附加颜料，以及
·作为填料的含有氧化铝、氧化锆或氧化硅的附加颜料，其中这些颗粒(16)的平均直径至少为1μm。
2.权利要求1所述的涂层材料，其特征在于，所述有机硅为低聚硅氧烷或聚硅氧烷。
3.权利要求1或2所述的涂层材料，其特征在于，所述锌微粒(14)具有的平均直径至多为100μm。
4.权利要求1或2所述的涂层材料，其特征在于，所述氧化钛或氧化硅纳米颗粒(15)具有的平均直径至少为10nm。
5.用于太阳能发电厂的太阳能接收器，包括，
·由金属制成的吸收管(20)，
·由玻璃制成的套管(21)，所述套管围绕所述吸收管(20)以形成空腔(23)，
其中所述空腔(23)是气密密封的，
其特征在于，
所述套管外的太阳能接收器的外部可进入部分至少部分地设置有经硬化的由前述权利要求中任一项所述的涂层材料制成的涂层(24)。
6.权利要求5所述的太阳能接收器，其特征在于，由焊缝(22)来确保所述空腔(23)的气密密封，其中所述焊缝(22)在其外部可进入部分设置有经硬化的由前述权利要求中任一项所述的涂层材料制成的涂层(24)。
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