DE2709239C3 - Verfahren zur Herstellung eines selektiv Sonnenwärmeenergie absorbierenden Überzugs auf einem Metallsubstrat - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines selektiv Sonnenwärmeenergie absorbierenden Überzugs auf einem Metallsubstrat

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung w eines selektiv Sonncnwärmecnergic absorbierenden Überzuges auf einem Mclallsiibsirat. dessen Oberfläche zuerst vi/rbcreitct und dann mit dem Überzug versehen wird, der aus einer unteren, wärmereflektierenden ersten Schicht sowie einer oberen, die Sonnenenergie ^ absorbierenden /weiten Schicht besteht.
Ein derartiges Verfahren ist durch die DE-OS 38 32·) bekanntgeworden. Es handelt sich hier um ein chemisch-clcktrolytischcs Verfahren, bei dem das z. B. aus Aluminium bestehende Metallsubstral zuerst elo· wi xiert und dann in einem Bad mit glänzendem Nickel plattiert wird, um so die untere wärmereflcktierende erste Schicht zu bilden. Auf diese untere Schicht wird dann in einem weiteren Bad schwarzer Nickel zur Bildung der oberen, die Sonnenenergie absorbierenden ι>ί zweiten Schicht aufgebracht. Anstelle der Eloxierung kann die metallische Oberfläche zur Aufnahme der wärmereflektierenden ersten Schicht auch durch Auftragen einer Immersionsschicht aus Zink vorbereitet werden.
Bei derart hergestellten, selektiv Sonnenwärmeenergie absorbierenden Metallkörpern wird ein hohes Verhältnis a/e angestrebt, wobei * das Absorptionsvermögen und ε das Emissionsvermögen angibt. Um einen hohen Wirkungsgrad, also für den Quotienten */ε einen hohen Wert zu erbalten, ist man bemüht, die die Sonnenenergie absorbierende zweite Schicht so dünn wie möglich zu machen. Bei dem eingangs erläuterten bekannten Verfahren liegt die Stärke dieser zweiten Schicht in der Größenordnung von weniger als I ιτιμ. Für den Quotienten ·χ/ε ergeben sich Werte bis zu 18.
Der wesentliche Nachteil des bekannten Verfahrens liegt jedoch in der aufwendigen und dementsprechend kostspieligen Herstellung des Überzuges. Kostenerhöhend wirkt sich ferner die Notwendigkeit nus, bei Verwendung von zu beschichtenden Aluminiumsubstraten besondere Aluminiumqualitäten auswählen zu müssen.
Bei dem bekannten Verfahren muß die metallische Oberfläche zur Aufnahme der wärmereflekticrcnden ersten Schicht z. B. durch Auftragen einer Immersionsschicht aus Zink vorbereitet werden. Zinkschichten vergrauen durch Bildung von Korrosionsprodukten, so daß sich eine Minderung des Reflexionsvermögen* ergibt. Nachteilig ist ferner, daß spätere Reparaturarbeiten an den nach dem eingangs erläuterten Verfahren hergestellten Überzüge nahezu unmöglich sind.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, das eingangs erläuterte Verfahren so zu verbessern, daß bei Erzielung eines wirtschaftlich noch interessanten Wirkungsgrades sich die vorstehend genannten Nachteile vermeiden lassen.
Ausgehend von dem eingangs erläuterten Verfahren wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung in überraschend einfacher Weise dadurch gelöst, daß als Überzug Pulverlacke auf der Basis fester Kunstharze elektrostatisch oder im WiHjclsintcrverfahrcn aufgebracht werden, wobei für die die Sonnenenergie absorbierende Schicht farbloser Pulverlack verwendet wird, der vor oder nach seinem Auftrag transparent angefärbt wird.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn dem die wärniereflcktierendc Schicht bildenden Pulverlack Aluminiumpulver beigegeben wird.
Vorzugsweise werden farblose Pulvcrlacke auf Polyesterbasis verwendet.
Bei einem abgewandelten Verfahren kann zur Herstellung des Überzuges ein pk/scnlrenncndcr Pulverlack verwendet werden, dessen die erste Schicht bilde.ide Phase Aluminiumpulver enthält. Dabei kann die die zweite Schicht bildende Phase farblos sein, oder aber bereits vor der Bildung des Überzuges angefärbt werden.
Zur Verbesserung der Wärmeabführung ist es zweckmäßig, wenn dem das Aluminiumpulver enthaltenden Pulverlack ein weiteres metallisches Pigment, vorzugsweise Zinkslaub, zugegeben wird.
Das Mctallsubsirat kann aus Aluminium hergestellt wcfden, Der neue Überzug läßt sich aber auch auf andere Metallsubstraten wie /.. B. auf Kupfer, Stahl. Zinkblechen, Aluminium u. dgl. aufbringen.
Nachfolgend werden einige der erfindungsgemäßen Verfahren anhand von Beispielen näher erläutert:
Beispiel I
85 Gew.-Tdle eines grobgemahlenen festen Epoxidharzes auf der Grundlage von Diphetiylolpropnn und
Epieblarhydrin mit einem Erweichungspunkt nach PURRANS von 93 bis 1040C1 einem Epoxidäquivalentgowicht von 875 bis 1000, einer Viskosität .von 430 bis 630 mPas in 40%iger Lösung (gemessen in Äthylglykoldibutyläther bei 25°C), 5 Gew.-Teile Verlaufmittelkonzentral, bestehend aus dem vorgenannten Epoxidharz und einem Polyacrylat im Gewichts-Verhältnis 9 :1,4,8 Gewr-Teile feinteiliges Dicyandiamid, 15 Gew.-Teile Titandioxid und 10 Gew.-Teile Bariumsulfat werden in einem geschlossenen schnell rotierenden Mischer jo zunächst eine Minute bei 800 Upm und anschließend 30 Sekunden bei 1600 Upm vermischt. Die Mischung wird in einem Kneter unter den folgenden Bedingungen plastifiziert und homogenisiert. Schneckentemperatur: 135CC, Gehäuse-Auslaufteiltemperatur: 1400C, Düsentemperatur: 1400C, Temperatur der geschmolzenen homogenisierten Mischung: 140° C; Dosierschnecken-Drehzahl: 17.5 Upm: Knetschnecken-Drehzahl: 48 Upm; Dosierschneckenbelastung: 1,1 A; Knetschnecken-Bclastuiäff: 2,6 A; Düsenheizungs-Belastung: 1,25 A; Düsenheizungseinstellung: 7—8.
Die geschmolzene homogenisierte Mischung wird auf einem Kühlband abgeführt und in bekannter Weise, z. B. in einer Hammermühle, grob gemahlen (maximale Korngröße: 4-5 mm). Anschließend erfolgt eine Feinmahlung entweder unier gleichzeitiger Klassifizierung oder nachfolgender Siebung. Die maximale Korngröße des entstandenen pulvcrförmigen Lackes liegen bei ca. 120 μπι.
Zu diesem Pulverlack werden zwischen 2 bis 10% Aluminiumpulver (Lcafingwert 80%, Wasscrspreitung (nach DIN 55 923) 20 000cm'/g) zur;mischt. Dieser pulverförmige Lack wird in einer für das elektrostatische Pulversprühverfahren geeigneten A-ilagc bei einer negativen Hochspannung von ca. 60 kV zu hochreflek- e> ticrenden Überzügen verarbeitet die bei IbO bis 240°C 10 bis 30 Minuten eingebrannt werden.
Statt mittels des Pulversprühverfahrens kann man den pulverförmigcn Lack auch durch andere elektrostatische Auftragsmethoden oder durch Wirbelsintern zu Überzügen verarbeiten.
Für die die Sonnenenergie absorbierende Schicht wird farbloser Pulverlack verwendet, der genau so hergestellt wird, wie vorstehend beschrieben, jedoch ohne Titandioxid, Bariumsulfat und Aluminiumpulver. Dieser Pulverlack wird auf den die wilrmereflcktierende Schicht bildenden ersten Überzug wie vorstehend beschrieben appliziert.
B e i s ρ i e I 2 _()
Um der zweiten Schicht eine höhere Wetterresistenz zu verleihen, kann der hierfür verwendete Pulverlack auch auf Basis Polyesterharzen aufgebaut sein.
In einem Mischer werden 95 Gew.-Teile eines Polyesterharzes auf der Basis von 41 % Terephthalsäure, « 33% Trimellitsäureanhydrid. 16% Trimethylolpropan und 10% Propandiol zusammen mit 5 Gew.-Teile eines Acrylat-Verlaufmittels vermischt. Die Mischung wird darauf in einen Extruder mit 48 Upm und einer Gehäuseiemperaüir von 1400C übergeführt, darin m> plastifiziert und homogenisiert. Die Zerkleinerung und das Auftragen des daraus erhaltenen farblosen Pulverlackes erfolgen wie nach Beispiel I.
Der mit Schichtdicke zwischen 30 bis 100 um aufgebrachte Überzug wird in bis 30 Minuten bei 180 t>> bis 2400C eingebrannt.
Dieser farblose Überzug kann anschließend angefärbt werden und /war in einer Tiefe, die der Stärke des appüzierten farblosen Pulverlackfilmes entspricht. Ein Anfärben des die wärmereflektierende Schicht bildenden PulverlackQberzuges ist nicht möglich, da das in dieser Schicht enthaltene Aluminium einen abgeschlossenen Film bildet,
Beispiel 3
Welche Farbstoffe zum Anfärben der die Sonnenenergie absorbierenden Schicht verwendet werden, hängt von der chemischen Zusammensetzung des farblosen Pulverlacks ab. In der Regel kommen gut egalisierende, lichtechte Suspensionsfarbstoffe in Betracht. Die Farbstoffe sind in Wasser unlöslich und gehören u.a. der Gruppe der Azofarbstoffe und der Aminoanthrachinonfarbstoffe an.
Die in 5 bis 0,05%ig vorliegende Farbstoff-Suspension enthält ferner noch Bcnetzungs- und/oder Suspendiermittel. Die Benetzungs- und Suspendiermittel können anionisch, kationisch oder nichtionisch sein, vorzugsweise sind sie anionisch. Anionische Benetzungsmittel sind z. B. Carboxylate, Sulfonate und Sulfate, insbesondere in Form ihrer Natriumsalze.
Weiterhin kann zweckmäßig eine kleine Menge eines höheren Alkanols, ζ. B. Octanol, dem wäßrigen Medium zugesetzt werden, wobei gewöhnlich 1 bis 20 Tropfen je 100 ml Wasser verwendet werden.
In ein derartiges Medium werden die beschichteten Metallsubstrate getaucht und zwar bei Temperaturen zwischen 200C und 1000C, vorzugsweise 5 bis 15 Minuten. Um eine einheitliche Färbung zu erhalten empfiehlt es sich, das Tauchbad ständig in Bewegung zu hallen.
Beispiel 3a
Das zur Einfärbung notwendige Farbbad besteht zu
98% aus Wasser
1.5% aus Netzmittel
0,4% aus Bcn/.yl-Alkohol
0,1% aus Farbstoff
Die Bestandteile an Alkohol sowie die Lösungsmittel und die Farbstoffe können mittels Aktiv-Kohle auf einfache Weise beseitigt werden. Diese Farbbad-Zu· sammensetzung läßt sich mehrmalig verwenden.
Beispiel 3b
Zusammensetzung des Tauchbadmediums:
I Gcw.-Teil
— ,1 Gew.-Teil
5 Gew.-Teile
-,I Gew.-Teil
93 Gew.-Teile
Dispersionsfarbs'off Braun
Netzmittel pH 5 (Essigsäure)
Benzylalkohol
Dispergiermittel
Wasser
Beispiel 4
Das neue Verfahren zur Herstellung eines selektiv Sonnenwärmeenergie absorbierenden Überzuges läßt sich durch die Verwendung eines phasentrennenden Pulverlacks noch weiter vereinfachen. Voraussetzung ist die Verwendung von Pulvermischungen, die sich bei der Verfilmung ausreichend schnell und vollständig entmischen. Hierzu dürfen sich die Schmclzbereiche der beiden im Pulverlack vorhandenen Komponenten nicht zu stark unterscheiden; außerdem müssen die Schmelzviskosiläten möglichst niedrig liegen.
Ein Epoxidharz (Schmelzpunkt 120 bis 13O0C, Dichte bei 20/4°C, 1,147. Epoxidwert 0,049 bis 0.059, Hydroxylwert 0,36, Esterwerl 0,52) wird mit einem Acrvlharz.
27 06 583
Oxydation eingestellt. Die Bildungsselektivitäl der Methacryl- und Essigsäure beträgt 75 bzw, 25%, bezogen auf das umgesetzte «-Methacrolein, Der Umwandlungsgrad des Ausgangsaldehyds beträgt 55%,
Beispiel 12
Die Oxydation wird ubenso wie in Beispiel 1 durchgeführt, jedoch wird als Lösungsmittel Tetrahydrofuran in einer Menge von 95 ml eingesetzt und bei 1000C gearbeitet. Nach 2,5 Std. wird die Oxydation eingestellt Die Bildungsselektivität der Methacryl- und Essigsäure beträgt 70 bzw- 26% bezogen auf das umgesetzte «-Methacrolein. Der Umwandlungsgrad des Ausgangsaldehyds beträgt 54%.
Beispiel 13
Die Oxydation wird ebenso wie in Beispiel 1 durchgeführt, jedoch werden als Katalysator Aluminiumcarbid in einer Menge von 0,12 Gew.-%, als Lösungsmittel — Acetonitril in einer Menge von 95 ml als sauerstoffhaltiges Gas — ein Gemisch von Stickstoff mit Sauerstoff (der Sauerstoffgehalt im Gemisch beträgt 12 Vol.-%) verwendet Nach 5 Stunden wird die Oxydation eingestellt Die Bildungsselektivität der Methacryl- und Essigsäure beträgt 77 bzw. 22%, bezogen auf das umgesetzte «-Methacrolein. Der Umwandlungsgrad des Ausgangsaldehyds beträgt 42%.
Beispiel 14
Die Oxydation wird ebenso wie in Beispiel !,jedoch unter einem Druck von 1 bar durchgeführt Nach 7 Stunden wird sie eingestellt Die Bildungsselektivität der Methacryl- und Essigsäure beträgt 70 bzw. 28%, bezogen auf das umgesetzte «-Methacrolein. Der Umwandlungsgrad des Ausgangsaldehyds beträgt 26%.
Beispiel 15
Die Oxydation wird ebenso wie in Beispiel 1 durchgeführt, jedoch wird als Polymerisationsinhibitor 2,2,6,6-Tetramethylpiperidyl-i-oxyl in einer Menge von 0,00062 Gew.-% eingesetzt. Nach 4 Stunden wird sie eingestellt. Die Bildungsselektivität der Metnacryl- und Essigsäure beträgt 83 bzw. 17%, bezogen auf das umgesetzte «-Methacrolein. Der Umwandlungsgrad des Ausgangsaldehyds beträgt 50%.
Beispiel 16
Die Oxydation wird ebenso wie in Beispiel 1 durchgeführt, jedoch wird als Polymerisationsinhibitor 2,2,6,6-Tetramethylpiperidyl-l-oxyI in einer Menge von 0,000016 g (0.00002 Gew.-%) verwendet. Nach 4 Stunden wird sie eingestellt. Die Bildungsselektivität der Methacryl- und Essigsäure beträgt 79 bzw. 19%, bezogen auf das umgesetzte «-Methacrolein, Der Umwandlengsgrad des Ausgangsaldehyds beträgt 51 %,
Beispiel 17
Die Oxydation wird ebenso wie in Beispiel 1 durchgeführt Jedoch wird als Polymerisationsinhibitor Kupferdithiocarbamat in einer Menge von 0,024 g (0,03 Gew,-%) eingesetzt Nach 4 Std- wird sie eingestellt Die Bildungsselektivität der Methacryl- und Essigsäure beträgt 72 bzw. 24%, bezogen auf das umgesetzte «-Methacrolein. Der Umwandlungsgrad des Ausgangsaldehyds beträgt 52%.
Beispiel IS
Die Oxydation wird ebenso wie in Beispiel 1 durchgeführt jedoch werden als Katalysator Hafniumcarbid in einer Menge von 0,12 Gew.-% und als Polymerisationsinhibitor — Kupferdithiokarbamat in einer Menge von 0,00062 Gew.-% verwendet Nach 4 Std. wird sie eingestellt Die Bildv^.gsselektivität der Methacryl- und Essigsäure beträgt Ϊ9 bzw. 27%, bezogen auf das umgesetzte «-Methacrolein. Der Umwandlungsgrad des Ausgangsaldehyds beträgt 50%.
Beispiel 19
Die Oxydation wird analog dem Beispiel 1 verwirklicht Dabei bringt man in den Reaktor 10 ml (9 g) des bei der Kondensation der Abgase der Isobutylenoxydation erhaltenen Oxydationsproduktes, 90 ml (72 g) Benzol, 0,1 g (0,12 Gew.-%) Titanborid und 0,0005 g (0,00062 Gew.-%) 2,2,6,6-Tetramethyl-4-hydroxypiperidyl-1-oxyl sin. Das verwendbare Oxydationsprodukt wird durch die Gasphasenoxydation von Isobutylen mit Luft bei einer Temperatur von 4000C in Gegenwart eines heterogenen oxydischen Kobalt-Molybdän-Wismut-Eisen-Katalysators der Formel
dargestellt Das Oxydationsprodukt hat folgende Zusammensetzung (in Gew.-%): «-Methacrolein — 44, Methacrylsäure — 12, Essigsäure — 0,8, Essigsäurealdehyd — 0,4, Wasser — 41,8, nicht identifizierte Beimengungen — 1. Das erhaltene Oxydationsprodukt wird bei der Oxydation von «-Methacrolein ohne jegliche zusätzliche Behandlung und Reinigung eingesetzt. Nach 4 Stunden wird die Oxydation von «-Methacrolein eingestellt. Aus dem erhaltenen Reaktionsgemisch werden 2,95 g Methacrylsäure und 0,55 g Essigsäure isoliert. Die Bildungsselektivität der Methacryl- und Essigsäure beträgt 84 bzw. 16%, bezogen auf das umgesetzte «-Methacrolein. Der Umwandlungsgrad von a-Methacrolei7i beträgt 45%.

Claims (8)

Patentansprüche;
1. Verfahren zur Herstellung eines selektiv Sonnenwärmeenergie absorbierenden Überzuges auf einem Metallsubstrat, dessen Oberfläche zuerst vorbereitet und dann mit dem Überzug versehen wird, der aus einer unteren, wärmereflektierenden ersten Schicht sowie einer oberen, die Sonnenenergie absorbierenden zweiten Schicht besteht, da- durch gekennzeichnet, daß als Überzug Pulverlacke auf der Basis fester Kunstharze elektrostatisch oder im Wirbelsinterverfahren aufgebracht werden, wobei für die die Sonnenenergie absorbierende Schicht farbloser Pulverlack verwendet wird, der vor oder nach seinem Auftrag transparent angefärbt wird.
2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß dem die wärmereflektierende Schicht bildenden Pulverlack Aluminiumpulver beigegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein farbloser Pulverlack auf Polyesterbasis verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonnenenergie absorbierende Schicht in einer Stärke von 30 bis 100 um aufgebracht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Überzuges ein J" phasentrennender Pulverlack verwendet wird, dessen die erste Schicht bildende Phase Aluminiumpulver enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein phasentrennender Pulverlack » verwendet wird, dessen die zweite Schicht bildende Phase farblos ist.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die zweite Schicht bildende Phase vor der Bildung des Überzuges angefärbt wird. -to
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 — 7. dadurch gekennzeichnet, daß dem das Aluminiumpulver enthüllenden Pulverlack ein weiteres metallisches Pigment, wie Zinkslaub, zugegeben wird.
4*1
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