DE202010001041U1

DE202010001041U1 - Korrosionsgeschütztes Verbundmaterial

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Publication number: DE202010001041U1
Application number: DE202010001041U
Authority: DE
Original assignee: Alanod Aluminium Veredlung GmbH and Co KG
Current assignee: Alanod Aluminium Veredlung GmbH and Co KG
Priority date: 2010-01-18
Filing date: 2010-01-18
Publication date: 2010-08-19
Anticipated expiration: 2020-01-19

Abstract

Verbundmaterial, insbesondere für einen Solarabsorber, umfassend einen aus einem Metall bestehenden, insbesondere bandförmigen, Träger (1) und ein auf den Träger (1) einseitig aufgebrachtes optisch wirksames Mehrschichtsystem (2), welches aus mindestens zwei Schichten (3, 4) besteht, wobei die oberste Schicht (3) eine transparente Korrosionsschutzschicht (3) ist und mindestens eine darunter liegende Schicht (4) den solaren Absorptionsgrad und thermischen Emissionsgrad des Verbundmaterials bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die den solaren Absorptionsgrad und den thermischen Emissionsgrad bestimmende Schicht (4) aus mindestens einem Pigment (5) und aus einer polymeren siliziumhaltigen Bindermatrix (6) besteht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbundmaterial, insbesondere für einen Solarabsorber, umfassend einen aus einem Metallband bestehenden Träger und ein auf den Träger einseitig aufgebrachtes optisch wirksames Mehrschichtsystem, welches aus mindestens zwei Schichten besteht, wobei die oberste Schicht eine transparente Korrosionsschutzschicht ist und mindestens eine darunter liegende Schicht den solaren Absorptionsgrad und thermischen Emissionsgrad des Verbundmaterials (100°C) bestimmt.
Ein Verbundmaterial mit einem auf einen Träger aufgebrachten optisch wirksamen Mehrschichtsystem hat als oberflächenveredeltes Aluminiumband unter dem Namen MIRO^® weite Verbreitung für die Beleuchtungstechnik, Tageslichtsysteme und dekorative Anwendungen gefunden. Die Oberflächenbehandlung dient dabei dazu, die empfindliche Aluminiumoberfläche besser zu schützen und den Lichtreflexionsgrad zu erhöhen. Der Veredlungsvorgang besteht aus zwei unterschiedlichen Prozessen, die beide kontinuierlich betrieben werden können, und zwar aus der Erzeugung einer Zwischenschicht auf dem Träger in einem nasschemischen Prozess, der zusammenfassend als Eloxieren bezeichnet wird und ein elektrolytisches Glänzen sowie eine anodische Oxidation umfasst, und nachfolgend aus der Aufbringung des optisch wirksamen Mehrschichtsystems im Vakuum. Bei den beiden oberen Schichten handelt es sich dabei allgemein um dielektrische Schichten, wobei die Verwendung oxidischer Schichten, wie beispielsweise Aluminiumoxid oder Titanoxid als oberster Schicht und Siliciumdioxid als mittlerer Schicht, einen bevorzugten Sonderfall darstellt. Zu Einzelheiten des bekannten MIRO^®-Verfahrens wird beispielhaft auf den Artikel "elektrowärme international" 53 (1995) B 4 – November, S. B215–B223 verwiesen. Das Verbundmaterial weist im Bereich des sichtbaren Lichtes ein Reflexionsvermögen aus, das sich durch Spitzenwerte bis zu 95 Prozent eines nach DIN 5036 (Teil 3) bestimmten Licht-Gesamtreflexionsgrades ausdrückt. Außerdem ist bei dem bekannten Material, das vorzugsweise als Halbzeug geliefert wird, seine ausgezeichnete Verarbeitbarkeit, vor allem seine Verformbarkeit, hervorzuheben.
Um bei einem derartigen Material in wenig aufwändiger und damit kostensparender Weise an seiner Oberfläche eine verbesserte mechanische und chemische Beständigkeit zu erzielen, sieht die DE 298 12 559 U1 vor, auf dem optischen Mehrschichtsystem eine nichtmetallische, aus einem absorptionsarmen Material bestehende, mechanische Schutzschicht aufzubringen, die eine optische Dicke aufweist, welche kleiner ist als ein Zehntel der Mittenwellenlänge des Spektralbereiches der zu reflektierenden elektromagnetischen Strahlung. Entsprechend einer zweiten Ausführungsform der DE 298 12 559 U1 kann die optische Dicke der Schutzschicht auch etwa ein ganzzahliges Vielfaches der halben Mittenwellenlänge des Spektralbereiches der zu reflektierenden elektromagnetischen Strahlung betragen. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Schutzschicht aus einem reinen Oxid oder einem Oxi-Nitrid eines der Elemente Aluminium, Calcium, Cerium, Hafnium, Lanthan, Magnesium, Neodymium, Praseodymium, Silicium, Tantal, Thorium, Titan, Vanadium, Yttrium, Ytterbium oder Zirkonium oder einer Mischung daraus oder auch aus einem organisch modifizierten anorganischen Silicatnetzwerk besteht.
Allgemein teilt sich bei einem Objekt, auf das eine Strahlung auftrifft, diese Strahlung in einen reflektierten, einen absorbierten und einen transmittierten Anteil auf, der jeweils durch den Reflexionsgrad (Reflexionsvermögen), den Absorptionsgrad (Absorptionsvermögen) und den Transmissionsgrad (Transmissionsvermögen) des Objektes bestimmt wird. Reflexionsvermögen, Absorptionsvermögen und Transmissionsvermögen sind optische Eigenschaften, die je nach der Wellenlänge einer einfallenden Strahlung (z. B. im Ultraviolett-Bereich, im Bereich des sichtbaren Lichts, im Infrarot-Bereich und im Bereich der Wärmestrahlung) für ein- und dasselbe Material unterschiedliche Werte annehmen können. Hinsichtlich des Absorptionsvermögens ist dabei das Kirchhoffsche Gesetz bekannt, wonach der Absorptionsgrad jeweils bei einer bestimmten Temperatur und Wellenlänge in konstantem Verhältnis zum Emissionsgrad steht. Somit sind für das Absorptionsvermögen auch das Wiensche Verschiebegesetz bzw. das Plancksche Gesetz sowie das Stefan-Boltzmann-Gesetz von Bedeutung, durch die bestimmte Zusammenhänge zwischen Strahlungsintensität, spektraler Verteilungsdichte, Wellenlänge und Temperatur eines sogenannten ”Schwarzen Körpers” beschrieben werden. Dabei ist bei Berechnungen zu beachten, dass der ”Schwarze Körper” als solcher nicht existiert und reale Stoffe in je charakteristischer Weise von der Idealverteilung abweichen.
Bei bestimmten Anwendungsfällen kann es auch vorkommen, dass in einem Wellenlängenbereich der einfallenden Strahlung ein möglichst hoher Reflexionsgrad und in anderen Bereichen ein möglichst geringer Reflexionsgrad, dafür aber um so höherer Absorptionsgrad gefordert ist. Dies ist z. B. im Bereich der Absorber für Solarkollektoren der Fall, wo im solaren Wellenlängenbereich (etwa 300 bis etwa 2500 nm) ein maximaler Absorptionsgrad und im Bereich der Wärmestrahlung (oberhalb etwa 2500 nm) ein maximaler Reflexionsgrad gefordert wird. So sind unter dem Namen ”Tinox” Absorber für Flachkollektoren bekannt, in denen ein Verbundmaterial, das diese Forderungen erfüllt, zum Einsatz kommt. Dieses Material besteht aus einem Träger aus einem Kupferband, einer darauf aufgebrachten Schicht aus Titanoxinitrid und einer Deckschicht aus Siliciumdioxid.
Während bei dem bekannten Verbundmaterial nach der DE 298 12 559 U1 insbesondere das hohe Reflexionsvermögen im Bereich des sichtbaren Lichtes eine Rolle spielt, beschreibt die EP 1 217 394 A1 ein Verbundmaterial, bei dem ein nach DIN 5036/13 bestimmter Licht-Gesamtreflexionsgrad weniger als 5 Prozent betragen kann. Das Verbundmaterial gemäß der EP 1 217 394 A1 besteht – wie das gemäß der DE 298 12 559 U1 – aus einem Aluminiumträger, auf dem sich über einer Zwischenschicht ein optisch wirksames Mehrschicht-, insbesondere Dreischichtsystem befindet. Die oberste Schicht dieses Systems ist eine siliciumoxidische Schicht, die mittlere Schicht eine chromoxidische Schicht und die unterste Schicht eine metallische Schicht, die aus Gold, Silber, Kupfer, Aluminium und/oder Molybdän besteht. Bei diesem Material sind vorteilhafterweise der solare Absorptionsgrad und der solare Reflexionsgrad in weiten Grenzen gezielt selektiv einstellbar.
Bei den bekannten Absorbern für Solarkollektoren (wie z. B. eta-plus, Mirotherm, u. a.), bei denen die Beschichtung, wie es die EP 1 217 394 A1 vorsieht, durch unter Vakuum ablaufende, z. B. unter den Namen PVD (Physical Vapor Deposition) und CVD (Chemical Vapor Deposition) bekannte Prozesse erzeugt wird, ist die Korrosionsbeständigkeit der Oberfläche relativ gering. So treten bereits nach wenigen Stunden im Salzsprühnebeltest starke Korrosionen auf. Jedoch ist es gerade für solche Absorber von großer Bedeutung, dass sie eine hohe Witterungsbeständigkeit bzw. einen hohen Korrosionschutz aufweisen, vor allem dann, wenn sie in Küstennähe, z. B. im mediterranen Raum, zur Anwendung kommen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verbundmaterial der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem einerseits der solare Absorptionsgrad bzw. der solare Reflexionsgrad sowie der thermische Emissionsgrad gezielt selektiv einstellbar sind, das sich aber andererseits durch eine erhöhte Witterungsbeständigkeit bzw. Korrosionfestigkeit auszeichnet. Darüber hinaus soll sich das Verbundmaterial auch durch eine gute Verarbeitbarkeit, insbesondere Verformbarkeit, eine hohe Wärmeleitfähigkeit, sowie hohe thermische und chemische Langzeitbeständigkeit und eine möglichst stark hydrophobe Oberfläche auszeichnen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die den solaren Absorptionsgrad und den termischen Emissionsgrad bestimmende Schicht aus mindestens einem Pigment und aus einer polymeren siliziumhaltigen Bindermatrix besteht.
Die erfindungsgemäße, den Absorptionsgrad und den Emissionsgrad bestimmende Schicht ist zunächst in vorteilhafter Weise aufbringbar, weil die Bindermatrix durch Aushärtung aus einer Beschichtungsflüssigkeit, insbesondere aus einem Lack, hergestellt werden kann. In der Beschichtungsflüssigkeit können dabei als Pigmente Partikel enthalten sein, die aus dispergierten Oxiden, vorzugsweise aus Kupferoxid und/oder Aluminiumoxid gebildet sind.
Des Weiteren kann das Pigment Spinellschwarz eingesetzt werden. Dieses Pigment gehört zum System der Kupfer-Mangan-Eisen Spinelle. Es zeichnet sich durch einen sehr tiefen Schwärzungsgrad aus. Während die meisten Schwarzpigmente zumindest in einigen Bereichen des sichtbaren Lichtes über geringe Remissionswerte verfügen und dadurch mehr oder weniger farbig erscheinen, gibt es bei Spinellschwarz an keiner Stelle des sichtbaren Spektrums eine höhere Remission als 1,5%. Die Tiefe des optischen Schwarz ist unerreicht.
Durch die Art, den Anteil und die Größe der Partikel ist es möglich, den solaren Absorptions- bzw. Reflexionsgrad sowie auch den thermischen Emissionsgrad gezielt selektiv einzustellen. Der Anteil an Pigmenten kann bezogen auf die Menge der Beschichtungsflüssigkeit im Bereich von 0,1 Masseprozent bis 20 Masseprozent, vorzugsweise im Bereich von 6 Masseprozent bis 9 Masseprozent, liegen. Die Partikel können dabei eine mittlere Teilchengröße im Bereich von 50 nm bis 600 nm, vorzugsweise im Bereich von 150 nm bis 350 nm, aufweisen. So kann insbesondere für das erfindungsgemäße Verbundmaterial ein nach DIN EN 12989 bestimmter solarer Absorptionsgrad (α (AM 1,5)) von mehr als 85 Prozent und ein thermischer Emissionsgrad (ε(373 K)) von weniger als 25 Prozent eingestellt werden.
Dadurch, dass aufgrund der Struktur der Bindermatrix der den Absorptionsgrad und den Emissionsgrad bestimmenden Schicht nicht nur die Korrosionsschutzschicht, sondern in synergistischer Weise auch die darunter liegende Schicht zur Erhöhung der Witterungsbeständigkeit bzw. Korrosionfestigkeit beiträgt, kann die Korrosionsschutzschicht in materialökonomisch günstiger Weise eine vergleichsweise geringere Dicke aufweisen. Diese kann etwa nur halb so groß sein wie die Dicke der den Absorptionsgrad und den Emissionsgrad bestimmenden Schicht.
In Abhängigkeit von der Zusammensetzung und den Dicken der Schichten können mit Vorteil nicht nur der solare Absorptions- und thermische Emissionsgrad, sondern auch die chemische Langzeitbeständigkeit eingestellt werden. Eine Dicke der Korrosionsschutzschicht kann dabei im Bereich von 0,1 μm bis 5,0 μm, vorzugsweise im Bereich von 1,0 μm bis 2,0 μm, und eine Dicke der den Absorptionsgrad und den Emissionsgrad bestimmenden Schicht im Bereich von 0,5 μm bis 5,0 μm, vorzugsweise im Bereich von 2,0 μm bis 3,5 μm, liegen.
Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Verbundmaterials kann mit Vorteil auf eine Behandlung im Vakuum verzichtet werden, da sich die Beschichtungsflüssigkeit im kontinuierlichen Betrieb, insbesondere durch Gießen, Tauchen, Walzantrag, Sprühen, Rakeln oder Streichen, bevorzugt in einem Coil-Coating-Verfahren, oder auch im nicht kontinuierlichen Betrieb durch Tauchen, insbesondere auch durch Spin-Coating, auf den Träger applizieren lässt.
Des Weiteren kann auch die Korrosionsschutzschicht aus einer polymeren siliziumhaltigen Verbindung bestehen, insbesondere aus derselben Verbindung, wie die der polymeren siliziumhaltigen Bindermatrix der den Absorptionsgrad und den Emissionsgrad bestimmenden Schicht. Dadurch ist es in technologisch vorteilhafter Weise möglich, die transparente Korrosionsschutzschicht – allerdings unter Verzicht auf die Einfärbung der Beschichtungsflüssigkeit mit Pigmenten – auf die gleiche Art und Weise und aus den gleichen Stoffen herzustellen, wie sie in der den Absorptionsgrad und den Emissionsgrad bestimmenden Schicht Anwendung finden. Durch die chemische Gleichartigkeit der Schichten entsteht dabei auch zwischen den Schichten eine die Korrosionsfestigkeit weiter erhöhende starke adhäsive Bindung, so dass das erfindungsgemäße Verbundmaterial im Salzsprühnebeltest nach DIN 50021 eine Beständigkeit von mehr als 150 Stunden aufweist.
Die Beschichtungsflüssigkeit zur Herstellung der Bindermatrix bzw. der Korrosionsschutzschicht kann dabei ein aus einem Sol-Gel-Prozess stammendes Gel enthalten. Vorteilhafterweise können dadurch aus der kolloidalen Dispersion des Sol-Zustandes in der Beschichtungsflüssigkeit feinste Teilchen, deren Größe in Nanometerbereich liegt, gebildet werden, so dass die Schichten die für ihre Funktion notwendige Homogenität aufweisen.
Die insbesondere lackartige Beschichtungsflüssigkeit zur Bildung der Bindermatrix und/oder die Korrosionsschutzschicht kann zur Erzielung einer hohen Korrosionsfestigkeit und guten Einbindung der Pigmente mindestens ein Silicium-Heteroatom-Ringsystem-Derivat, vorzugsweise ein Cyclosilazan-Derivat, enthalten. Dieses kann in einem Anteil von 5 bis 35 Masseprozent, vorzugsweise von 10 bis 20 Masseprozent, in der Beschichtungsflüssigkeit präsent sein, wobei eine für die Verarbeitung günstige Viskosität durch ein Lösungsmittel eingestellt werden kann, bei dem es sich insbesondere um Butylacetat handeln kann.
Des Weiteren kann die Beschichtungsflüssigkeit – vorzugsweise als Precursor des Sol-Gel-Verfahrens – einen Vernetzer zur Ausbildung einer vernetzten polymeren siliziumhaltigen Bindermatrix, insbesondere ein Ethoxysilan, wie Aminopropyltriethoxysilan, bevorzugt in Anteilen von weniger als 5 Masseprozent, enthalten. Im Zusammenhang mit einer solchen Vernetzung ist es bei Verwendung der genannten Silicium-Heteroatom-Ringsystem-Derivate auch möglich, eine hydrophobe Oberfläche einzustellen, bei der ein nach DIN 55660 (Teil 2) gemessener Kontaktwinkel mit Wasser größer ist als 100°, vorzugsweise größer als 120°. Durch eine derartige Hydrophobie sinkt vorteilhafterweise die Verschmutzungsgefahr der Oberfläche des erfindungsgemäßen Verbundmaterials.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die Vernetzung sowie die starke Adhäsion zwischen den Schichten und am Träger auch eine hoch abriebfeste Oberfläche erzielt werden kann, bei der eine nach DIN ISO 9211-4 gemessene Wischfestigkeit den Wert 1 erreicht.
Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung enthalten.
Anhand eines durch die beiliegende Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. 1 zeigt dabei eine prinzipielle Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Verbundmaterial.
Die beschriebene Ausführung betrifft ein erfindungsgemäßes Verbundmaterial mit einer hohen Selektivität des Absorptions-Reflexionsgrades im solaren Wellenlängenbereich und im Bereich der Wärmestrahlung.
Das Verbundmaterial umfasst einen, insbesondere verformungs- und hochwärmeleitfähigen, bandförmigen metallischen Träger 1, vorzugsweise aus Aluminium. Das Aluminium des Trägers 1 kann insbesondere eine höhere Reinheit als 99,0 Prozent aufweisen, wodurch seine Verarbeitbarkeit gefördert wird.
Das Verbundmaterial kann bevorzugt als Coil mit einer Breite bis zu 1600 mm, vorzugsweise von 1250 mm, und mit einer Dicke D von etwa 0,1 bis 1,5 mm, vorzugsweise von etwa 0,2 bis 0,8 mm, ausgebildet sein. Der Träger 1 kann dabei vorzugsweise eine Dicke D₁ von etwa 0,1 bis 0,7 mm besitzen. Durch die erfindungsgemäße Beschichtung wird dabei eine Gesamtdicke D des erfindungsgemäßen Verbundmaterials nur um wenige Mikrometer von dieser Dicke D₁ des Trägers 1 abweichen. Die Verformungsfähigkeit wird dadurch nicht beeinträchtigt.
Auf den Träger 1 ist einseitig ein optisch wirksames Mehrschichtsystem 2 aufgebracht, welches aus mindestens zwei Schichten 3, 4 besteht, wobei die oberste Schicht eine transparente Korrosionsschutzschicht 3 ist und mindestens eine darunter liegende Schicht 4 den Absorptionsgrad und den Emissionsgrad des Verbundmaterials bestimmt. Die den Absorptionsgrad und den Emissionsgrad bestimmende Schicht 4 besteht aus mindestens einem in Partikelform vorliegenden Pigment 5 und aus einer polymeren siliziumhaltigen Bindermatrix 6.
Folgende Proben wurden exemplarisch hergestellt:
Beschichtung mit der den Absorptions- und Reflexionsgrad bestimmenden Schicht 4
Beispiel 1:

1. 27,15 g tutoProm^® matt HD wurden in 151,38 g n-Butylacetat eingerührt.

Bei dem Produkt tutoProm^® matt HD handelt es sich um einen Lack der Firma Clariant, der bekanntermaßen als permanente und transparente Antigraffiti-Beschichtung eingesetzt wird. Der Lack enthält ein Cyclosilazan-Derivat in einem Anteil von 20 bis 60 Masseprozent und n-Butylacetat in einem Anteil von 40 bis 80 Masseprozent. Der Lack hat einen Feststoffgehalt von 20 bis 60 Masseprozent und ist, wenn er zur Antigraffiti-Beschichtung appliziert wird, nach etwa einer Stunde trocken und nach etwa sieben Tagen völlig ausgehärtet.

2. Nach Zugabe von 23,07 g Color TSS-Black wurde für weitere 15 Minuten gerührt.

Bei Color TSS-Black handelt es sich um ein Produkt der slowenischen Firma Color d. d., welches schwarze, kupferoxidische Pigmentpartikel einer mittleren Größe im Bereich von 80 nm bis 230 nm enthält. Der Lack hat einen Feststoffgehalt von 71 bis 73 Masseprozent.

3. Das homogenisierte Gemisch, die Beschichtungsflüssigkeit, wurde mittels liegender Tauchbeschichtung auf den Träger 1 appliziert.
4. Anschließend erfolgte liegend eine Aushärtung des Systems im Umluftofen für 5 Minuten bei 200°C.

Die Schichtdicke D₄ der den Absorptions- und Reflexionsgrad bestimmenden Schicht 4 wurde nach dem Wirbelstrom-Prinzip (DIN EN ISO 2178) bestimmt und lag bei etwa 3 μm.
Der solare Absorptionsgrad α lag bei 95,1 Prozent und der thermische Emissionsgrad ε lag bei 49,4 Prozent.
Die Bestimmung des solaren Absorptionsgrades α und des thermischen Emissionsgrades ε erfolgte dabei, wie es die Norm DIN EN 12989 vorsieht.
So ergibt sich der thermische Emissionsgrad ε(373 K) als Gesamtemissionsgrad nach der Formel:
Darin sind: R_λ – der spektrale Reflexionsgrad, λ – die Wellenlänge und i_λ – die sogenannte Planck-Funktion nach DIN EN 12898, welche angibt, wieviel ein schwarzer Körper bei einer gegebenen Temperatur T abstrahlen würde. Eine gute Näherung liegt dabei bei einer Berechnung im Wellenlängenbereich von 2,5 μm bis 35 μm vor.
Der solare Absorptionsgrad α_e ergibt sich nach der Formel:
Darin sind: α_λ – der spektrale Absorptionsgrad und S_λ – die solare Einstrahlung auf der Erdoberfläche: AM 1,5. Die Berechnung erfolgt in einem Bereich der Wellenlänge λ von 0,3 μm bis 2,5 μm.
Beispiel 2:
45,05 g Clariant tutoProm^® matt HD wurden in 135,15 g n-Butylacetat eingerührt. Nach Zugabe von 19,80 g Color TSS Black wurde für weitere 15 Minuten gerührt. Das homogenisierte Gemisch wurde über liegende Tauchbeschichtung auf den Träger 1 appliziert. Die Aushärtung des Systems erfolgte liegend im Umluftofen für 5 Minuten bei 200°C. Die nach dem Wirbelstrom-Prinzip bestimmte Schichtdicke D₄ der den Absorptions- und Reflexionsgrad bestimmenden Schicht 4 lag bei etwa 2,5 μm, der solare Absorptionsgrad lag bei 86,5 Prozent und der thermische Emissionsgrad bei 22,5 Prozent. Bei der Bestimmung der Wischfestigkeit zeigten sich bei 10 bis 20 Doppelhüben keine Wischspuren. Der Kontaktwinkel betrug 110°.
Beschichtung mit der Korrosionsschutzschicht 3
30,00 g Clariant tutoProm(R) matt HD wurden in 112,63 g n-Butylacetat eingerührt. Das homogenisierte Gemisch wurde über liegende Tauchbeschichtung auf den gemäß Beispiel 1 bereits mit der den Absorptions- und Reflexionsgrad bestimmenden Schicht 4 beschichteten Träger 1 appliziert. Die Aushärtung des Systems erfolgte liegend im Umluftofen für 5 Minuten bei 200°C. Die nach dem Wirbelstrom-Prinzip bestimmte Schichtdicke D₂ des optischen Mehrschichtsystems 2 lag bei etwa 4,5 μm, so dass auf die Dicke D₃ der Korrosionsschutzschicht 3 etwa 1,5 μm entfielen. Der solare Absorp tionsgrad lag bei 95,5 Prozent und der thermische Emissionsgrad bei 51,4 Prozent. Bei der Bestimmung der Wischfestigkeit zeigten sich bei 600 Doppelhüben keine Wischspuren. Der Kontaktwinkel betrug 140°.
Es wird dabei deutlich, dass die Klarlackbeschichtung den thermischen Emissionsgrad nur geringfügig erhöht, während durch den Salzsprühnebeltest nach DIN 50021, bei dem auch nach 150 Stunden keinerlei Korrosionsspuren bemerkt werden konnten, die hohe chemische Langzeitstabilität bzw. Korrosionsfestigkeit und damit Witterungsbeständigkeit des erfindungsgemäßen Verbundmaterials nachgewiesen werden konnte. Das Material ohne die Korrosionsschutzschicht 3 zeigte stattdessen bereits nach weniger als 4 Stunden deutliche Korrosionserscheinungen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfasst alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Mittel und Maßnahmen. So kann beispielsweise das optische Mehrschichtsystem 2 unter der Korrosionsschutzschicht 3 und über und/oder unter der den solaren Absorptionsgrad und den thermischen Emissionsgrad bestimmenden Schicht 4 weitere funktionelle Schichten enthalten, ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Auch kann beispielsweise die polymere siliziumhaltige Bindermatrix 6 und/oder die Korrosionsschutzschicht 3 aus anderen Silicium-Heteroatom-Ringsystem-Derivaten und Vernetzern als den exemplarisch aufgeführten Precursoren aufgebaut sein, beispielsweise aus einem Cyclosiloxan-Derivat, wobei auch andere geeignete Lösungsmittel als das genannte Butylacetat zur Anwendung kommen können.
Des Weiteren kann der Fachmann die Erfindung durch zusätzliche vorteilhafte Maßnahmen ergänzen, ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird. So ist es beispielsweise auch mit Vorteil möglich, dass die den solaren Absorptionsgrad und den thermischen Emissionsgrad bestimmende Schicht 4 als Pigmente Partikel 5 enthält, die aus einem Eisen-Mangan-Kupfer-Mischoxid und/oder aus Ruß gebildet sind oder dass die Partikel einen metallischen, insbesondere aus Aluminium bestehenden, Kern aufweisen, der mit einer Oxidschicht umhüllt ist. Auf diese Weise können – z. B. durch Einsatz von Eisenoxid als rotem Pigment – auch farbige Schichten erzeugt werden.
Ferner ist die Erfindung nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.

1: Träger
2: optisches Mehrschichtsystem
3: Korrosionsschutzschicht in 2
4: solaren Absortions- und thermischen Emissionsgrad bestimmende Schicht in 2
5: Pigmentpartikel in 4
6: Matrix von 4
D: Dicke des Verbundmaterials
D₁: Dicke von 1
D₂: Dicke von 2
D₃: Dicke von 3
D₄: Dicke von 4

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 29812559 U1 [0003, 0003, 0006, 0006]
- EP 1217394 A1 [0006, 0006, 0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- ”elektrowärme international” 53 (1995) B 4 – November, S. B215–B223 [0002]
- DIN 5036 (Teil 3) [0002]
- DIN 5036/13 [0006]
- DIN EN 12989 [0012]
- DIN 50021 [0016]
- DIN 55660 (Teil 2) [0019]
- DIN ISO 9211-4 [0020]
- DIN EN ISO 2178 [0030]
- DIN EN 12989 [0032]
- DIN EN 12898 [0034]
- DIN 50021 [0039]

Claims

Verbundmaterial, insbesondere für einen Solarabsorber, umfassend einen aus einem Metall bestehenden, insbesondere bandförmigen, Träger (1) und ein auf den Träger (1) einseitig aufgebrachtes optisch wirksames Mehrschichtsystem (2), welches aus mindestens zwei Schichten (3, 4) besteht, wobei die oberste Schicht (3) eine transparente Korrosionsschutzschicht (3) ist und mindestens eine darunter liegende Schicht (4) den solaren Absorptionsgrad und thermischen Emissionsgrad des Verbundmaterials bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die den solaren Absorptionsgrad und den thermischen Emissionsgrad bestimmende Schicht (4) aus mindestens einem Pigment (5) und aus einer polymeren siliziumhaltigen Bindermatrix (6) besteht.
Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den solaren Absorptionsgrad und den thermischen Emissionsgrad bestimmende Schicht (4) als Pigmente (5) Partikel enthält, die aus dispergierten Oxiden, vorzugsweise aus Kupferoxid, Aluminiumoxid, einem Eisen-Mangan-Kupfer-Mischoxid, und/oder aus Ruß gebildet sind.
Verbundmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel eine mittlere Teilchengröße im Bereich von 50 nm bis 600 nm, vorzugsweise im Bereich von 150 nm bis 350 nm, aufweisen.
Verbundmaterial nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel einen metallischen, insbesondere aus Aluminium bestehenden, Kern aufweisen, der mit einer Oxidschicht umhüllt ist.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke (D₄) der den solaren Absorptionsgrad und den thermischen Emissionsgrad bestimmenden Schicht (4) im Bereich von 0,5 μm bis 5,0 μm, vorzugsweise im Bereich von 2,0 μm bis 3,5 μm, liegt.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrosionsschutzschicht (3) aus einer polymeren siliziumhaltigen Verbindung besteht, insbesondere aus derselben Verbindung, wie die, aus der die polymere siliziumhaltige Bindermatrix (6) der den Absorptionsgrad und den Emissionsgrad bestimmenden Schicht (4) besteht.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke (D₃) der Korrosionsschutzschicht (3) im Bereich von 0,1 μm bis 5,0 μm, vorzugsweise im Bereich von 1,0 μm bis 2,0 μm, liegt.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindermatrix (6) und/oder die Korrosionsschutzschicht (3) durch insbesondere unter Wärmebehandlung erfolgende Aushärtung aus einer Beschichtungsflüssigkeit, insbesondere aus einem Lack, hergestellt ist/sind, welche(r) ein aus einem Sol-Gel-Prozess stammendes Gel enthält.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindermatrix (6) und/oder die Korrosionsschutzschicht (3) durch insbesondere unter Wärmebehandlung erfolgende Aushärtung aus einer Beschichtungsflüssigkeit, insbesondere aus einem Lack, hergestellt ist/sind, welche(r) mindestens ein Silicium-Heteroatom-Ringsystem-Derivat, vorzugsweise ein Cyclosilazan-Derivat, enthält.
Verbundmaterial nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Gehalt des Silicium-Heteroatom-Ringsystem-Derivats von 5 bis 35 Masseprozent, vorzugsweise von 10 bis 20 Masseprozent, in der Beschichtungsflüssigkeit.
Verbundmaterial nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsflüssigkeit zur Ausbildung einer vernetzten polymeren siliziumhaltigen Bindermatrix (6) einen Vernetzer, insbesondere ein Ethoxysilan, wie Aminopropyltriethoxysilan, vorzugsweise in Anteilen von weniger als 5 Masseprozent, enthält.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindermatrix (6) und/oder die Korrosionsschutzschicht (3) durch insbesondere unter Wärmebehandlung erfolgende Aushärtung aus einer Beschichtungsflüssigkeit, insbesondere aus einem Lack, hergestellt ist/sind, welche(r) als Lösungsmittel Butylacetat, insbesondere tert-Butylacetat und/oder n-Butylacetat, enthält.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindermatrix (6) und/oder die Korrosionsschutzschicht (3) durch insbesondere unter Wärmebehandlung erfolgende Aushärtung aus einer Beschichtungsflüssigkeit, insbesondere aus einem Lack, hergestellt ist/sind, welche(r) im kontinuierlichen Betrieb, insbesondere durch Gießen, Tauchen, Walzantrag, Sprühen, Rakeln oder Streichen, bevorzugt in einem Coil-Coating-Verfahren, oder im nicht kontinuierlichen Betrieb, insbesondere durch Spin-Coating, auf den Träger (1) aufgetragen ist.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Pigmenten (1) bezogen auf die Menge der Beschichtungsflüssigkeit im Bereich von 1 Masseprozent bis 15 Masseprozent, vorzugsweise im Bereich von 5 Masseprozent bis 11 Masseprozent, liegt.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch eine Beständigkeit im Salzsprühnebeltest nach DIN 50021 von mehr als 150 Stunden.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch eine hydrophobe Oberfläche der Korrosionsschutzschicht (3), wobei ein nach DIN 55660 (Teil 2) gemessener Kontaktwinkel mit Wasser größer ist als 120°, vorzugsweise auch größer als 140°.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch eine abriebfeste Oberfläche der Korrosionsschutzschicht (3), auf der eine nach DIN ISO 9211-4 gemessene Wischfestigkeit den Wert 1 erreicht.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch einen nach EN 12989 bestimmten solaren Absorptionsgrad (α (AM 1,5)) von mehr als 85 Prozent und einen thermischen Emissionsgrad (ε (373 K)) von weniger als 25 Prozent.