DE3105963A1 - "farbe zum aufbringen spektralselektiver ueberzuege, verfahren zur herstellung der farbe und deren anwendung" - Google Patents

"farbe zum aufbringen spektralselektiver ueberzuege, verfahren zur herstellung der farbe und deren anwendung"

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DE3105963A1 DE19813105963 DE3105963A DE3105963A1 DE 3105963 A1 DE3105963 A1 DE 3105963A1 DE 19813105963 DE19813105963 DE 19813105963 DE 3105963 A DE3105963 A DE 3105963A DE 3105963 A1 DE3105963 A1 DE 3105963A1
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Gerrit Waddingxveen Jonkers
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Description

NEDERUNDSE CENTRALE ORGANISATIE VOOR TOEGEPAST-NATUURWETEN-SCHAPPELIJK ONDERZOEK, Juliana van Stolberglaan 148, 2595 CL DEN HAAG / NIEDERLANDE
Farbe zum Aufbringen spektralselektiver überzüge, Verfahren zur Herstellung der Farbe und deren Anwendung
Die Erfindung betrifft eine Farbe zum Aufbringen spektralselektiver Überzüge, ein Verfahren zur Herstellung der Farbe und die Anwendung der Farbe.
Aus "Direct use of the sun's energy", F. Daniels, Yale University Press, New Haven, London, 1964, Kapitel 12, Seiten 209-223, ist es bekannt, Sonnenwärme absorbierende Einrichtungen dadurch herzustellen, daß eine Schicht aus einem schwarzen Halbleitermaterial mit einer Dicke von 0,1 bis 1 um auf eine Platte aufgebracht wird, die eine reflektierende Metalloberfläche hat. Diese schwarze HaIb-
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leiterschicht absorbiert Sonnenlicht (Wellenlänge 0,3 bis 2.5 /um) beinahe vollständig, absorbiert oder emittiert jedoch keine Wärmestrahlung (Wellenlänge > 2,5 pm). Die reflektierende Metallschicht emittiert Überhaupt keine Wärmestrahlung. Somit erhöht sich die Temperatur der Platte und die Platte ist in geeigneter Weise in einem Sonnenkollektor enthalten.
Gemäß einem Artikel von Henry Y.B. Mar et al., "Thin Solid Films" 39 (1976), Seiten 95 bis 103 können schwarze überzüge bzw. Be-Schichtungen auf Metallflächen mittels Elektroplattieren, d.h. Galvanotechnik, aufgebracht werden oder als eine Farbe, welche das gewünschte Pigment zusammen mit einem polymeren Bindemittel in einer organischen Lösung enthält, wobei die Lösung bzw. das Lösemittel nach Aufbringen der Farbe durch Trocknung entfernt wird und, falls notwendig, durch Einbrennen, so daß eine Schicht aus einem schwarzen Pigment in dem Bindemittel auf dem Metall verbleibt. Die durch Galvanisiertechnik gebildeten Beschichtungen zeigen die beste optische Wirkung, jedoch ist das Aufbringen von Pigmenten in Form einer Farbe wesentlich billiger.
Nach der US-PS 4 011 190 werden reflektierende Metallpartikel mit einer Schicht aus selektivem schwarzen Material beschichtet, wonach die beschichteten Partikel mit einem flüssigen Pigmentträger und einem organischen Polymer zur Bildung einer Farbe gemischt werden, die auf ein Substrat aufgestrichen oder gesprüht werden kann, wobei das Substrat Metall, Holz, Mauerwerk oder jedes gewünschte Material sein kann. Die Teilchen aus reflektierendem Metall sind üblicherweise in Form von Flocken, Pulver oder Staub erhältlich. Die reflektierenden Metallteilchen werden mit der Schicht aus schwarzem, selektivem Material z.B. durch stromlose chemische Abscheidung bzw. Ablagerung eines anderen Metalls und Oxidation oder Sulfidierung der abgeschiedenen Metallschicht auf diese Weise be-
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schichtet.
Nach der US-PS 4 082 413 wird eine Einrichtung zur Absorption ausgewählter Strahlenwellenlängen, beispielsweise der Sonnenstrahlung dadurch hergestellt, daß auf ein Substrat aus Metall oder Glas eine Schicht aus einer Mischung von Metallteilchen und dielektrischem Material aufgebracht wird, wobei die Konzentration des Metalls in dieser Schicht von einer Grenzfläche zur gegenüberliegenden Grenzfläche allmählich von 0% bis 100# sich ändert. Das dielektrische Material ist im allgemeinen gegenüber Strahlung transparent, obgleich es Strahlung absorbieren kann, während das Metall die Strahlung absorbiert und reflektiert. Die in der Schicht als Strahlung aufgebaute Wärme wird absorbiert und durch ein Wärmeübertragungsmittel mitgenommen, das durch eine Leitung in thermischem Kontakt mit der Schicht oder mit dem Substrat fließt, auf welchem die Schicht abgeschieden ist.
Gemäß der NL-OS 7400292 wird eine Beschichtung erzeugt, die ein metallisches Aussehen hat, wenn sie auf ein Substrat aufgebracht wird, indem ein fein zerteiltes Metallpulver und ein feinpulveriges Graphit mit einem organischen, polymeren Bindemittel gemischt werden. Das beschichtete Substrat reflektiert die Strahlung und absorbiert sie nicht. GewUnschtenfalls können andere Zusätze,wie beispielsweise Asbest, Bentonit, Kreide oder Pigmente in dieser Schichtzusammensetzung enthalten sein, jedoch nur in sehr kleinen Beträgen, um eine Verschlechterung des metallischen Aussehens zu vermeiden.
Aus der DE-OS 2 056 211 ist eine wärmereflektierende Farbe bekannt, die aus Metallteilchen besteht, welche Strahlung mit der Wellenlänge 3 bis 20 fjm reflektieren, sowie einem organischen Bindemittel, das die Strahlung mit einer Wellenlänge von 3 bis 20 um nur gering-
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fUgig absorbiert.
Die Erfindung betrifft eine Farbe zum Auftragen spektralselektiver überzüge bzw. Beschichtungen, ein Verfahren zur Herstellung der Farbe und die Anwendung, insbesondere den Einsatz der Farbe in einer Sonnenwärme absorbierenden Einrichtung und einem Sonnenkollektor, der eine derartige Einrichtung enthält.
Die Erfindung schafft eine sehr billige und einfach handhabbare Farbe zum Aufbringen spektralselektiver überzüge bzw. Beschichtungen aus einem spektralselektiven Pigment, refelektierenden Metallteilchen und einem Bindemittel und, gewUnschtenfalls, anderen Komponenten mit oder ohne einem flüssigen Pigmentträger. Reflektierende Metallteilchen, die mit einer schwarzen Pigmentschicht beschichtet sind, wie dies in der US-PS 4 011 190 angegeben ist, sind in der erfindungsgemäßen Farbe nicht vorhanden. Der Vorteil dieser Farbe besteht darin, daß der getrennte Schritt, die Metallteilchen mit einen sehr dünnen Film aus spektralselektivem Material zu beschichten, Überflüssig wird, wobei dieser Schritt der am meisten schwierige Verfahrensschritt bei der Herstellung bzw. Bereitung der Farbe vom technologischen Gesichtspunkt ist. Das Pigment, die Metallteilchen und die Bindemittel, die in den Farben gemäß der Erfindung enthalten sind, können Übliche, auf dem Markt erhältliche Produkte sein, die miteinander auf einfache Weise gemischt werden, um eine Farbe zu ergeben. Die Bereitung und die Verwendung einer derartigen Farbe wurde auch auf solchen Gebieten möglich, wo die Verwendung fortgeschrittener Technologien nicht möglich ist.
Die mit der erfindungsgemäßen Farbe erzielten Ergebnisse sind etwa die gleichen Ergebnisse, wie sie mit Farben gemäß der US-PS 4 011 erhalten wurden. Beispielsweise wurden Farben hergestellt, in denen die Pigment-Volumenkonzentration der Metallflocken 20?S und des
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j NACHGEREICHT
schwarzen Pigmentes 10/S oder 20$ betrugen, wobei diese Konzentration auf dem Gesamtgehalt von nicht fluchtigen Komponenten des Pigmentes basiert. Substrate, die mit Farben beschichtet sind, die auf diese Weise hergestellt wurden, zeigten einen Absorptionskoeffizient bezüglich Sonnenlicht ( OC ) zwischen etwa 0,84 und etwa 0,90 und einen Strahlungskoeffizient ( £ ) zwischen etwa 0,35 und etwa 0,50.
Im folgenden wird vorliegende Erfindung näher erläutert. In der erfindungsgemäßen Farbe werden als spektralselektive Pigmente in den meisten Fällen Pigmente mit einer hohen Absorption für Sonnenstrahlung benutzt. Beispiele dafür sind unter anderen konventionellen schwarzen Pigmenten z.B. Kupferoxid - Chromoxid, Eisenoxid- Manganoxid- Kupferoxid, Molybdänoxid und Bleioxid sowie die Sulfide von Metallen, die in den Oxiden vorhanden sind, insbesondere Bleisulfid. Auch bestimmte schwarze Farben, organische Farbstoffe und Pigmente sind geeignet, und Gemische einer oder mehrerer dieser Substanzen sind ebenfalls gebräuchlich.
Beispiele von Metallen der reflektierenden Metallteilchen sind z.B. Aluminium, Nickel, Kupfer, Zink und Legierungen dieser Metalle, insbesondere von Kupfer und Zink sowie rostfreier Stahl. In vielen Fällen werden die Metallteilchen in Form von Flocken verwendet. Insbesondere Flocken aus Aluminium, Kupfer oder Kupfer-Zink-Legierungen werden bevorzugt, da sie ausgezeichnete Ergebnisse zeigen und dar-Uberhinaus nicht teuer sowie als im Handel befindliche Produkte erhältlich sind. Wenn die Farbe getrocknet und/oder eingebrannt wird, scheinen die Flocken sich parallel zur Oberfläche des Substrates auszurichten.
Die Bindemittel, die in den Farben gemäß der Erfindung Einsatz finden, können Bindemittel sein, die für diesen Zweck üblich sind. Beispiele hierfür sind Polyethylen, Polypropylen, Ethylen-Propylen-
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Copolymere,Ethylen-propylen-dien-Terpolymere, Polysiloxan-Harze, wie Methylphenylpolysiloxan-Polymere, Alkyd-Harze, Polyester-Harze, Styrol-butadien-Copolymere, Polyacrylate, Vinyl-Harze, chlorierte Gummi, Phenolharz, Araino-Harze, Epoxy-Harze, Polyurethane, elastomere Fluorkohlenwasserstoffe, Siloxan-modifizierte Alkyd-Harze oder Polyester-Harze, anorganische Silicate und organische Kieselsäure-ester.
Polysiloxan-Harze, Siloxan-modifizierte Alkyd-Harze und Polyester-Harze sowie Fluorkohlenwasserstoffelastomere haben den Vorteil, daß sie gegenüber hohen Temperaturen beständig und witterungsbeständig sind.
In der erfindungsgemüßen Farbe können auch andere Komponenten vorhanden sein, beispielsweise Hilfsmittel, wie z.B. Dispergierungsraittel, Benetzungsmittel, Verdickungsmittel, Trockenstoffe, Siccative, Mittel zur Verhinderung der Hautbildung und Flußmittel.
Wenn ein Pigmentträger in der Farbe verwendet wird, besteht er beispielsweise aus einem organischen Lösungsmittel oder Wasser. Als organische Lösungsmittel sind aliphatische, cycloaliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe und chlorierte Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Ketone und Ester geeignet. Im Falle der Verwendung wässriger Bindemittel-Dispersionen wird Wasser als Pigmentträger benutzt. Diese Bindemittel-Dispersionen enthalten häufig Emulgierungsmittel oder Benetzungsmittel und andere Hilfsmittel.
Wenn ein Bindemittel mit einer ausreichend niedrigen Viskosität verwendet wird, kann die Farbe Überhaupt keinen flüssigen Pigmentträger oder nur eine kleine Menge eines derartigen Pigmentträgers enthalten.
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Die Konzentration des spektraleelektiven Pigmentes und der reflektierenden Metallteilchen in der erfindungsgemäßen Farbe wird in der Pigment-Volumen-Konzentration, im folgenden pvc bezeichnet, ausgedruckt, die normalerweise in der Farbenindustrie benutzt wird, wobei die Pigment-Volumen-Konzentration pvc auf dem Gesamtgehalt an nicht fluchtigen Komponenten basiert. Der Wert pvc des spektralselektiven Pigmentes liegt im allgemeinen zwischen etwa 1 % bis etwa 60% und vorzugsweise im Bereich zwischen etwa 10^ bis etwa 30/i. Der Wert pvc der reflektierenden Metallteilchen liegt im allgemeinen zwischen etwa 5% bis etwa 95# und vorzugsweise zwischen etwa bis etwa
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Farbe kann auf übliche Weise erfolgen. Beispielsweise kann das spektralselektive Pigment auf solche Weise in einem Teil des Bindemittels oder der Bindemittellösung dispergiert werden, daß die größten Teilchen kleiner als z.B. etwa 10 um sind. Zu der sich ergebenden Dispersion wird zuerst die restliche Menge an Bindemittel oder Bindemittellösung unter Ruhren bzw. Schütteln hinzugegeben und dann werden die reflektierenden Metallteilchen hinzugefugt, z.B. in Form der Teilchen oder in Form einer Paste. In manchen Fällen werden die Metallteilchen oder die Paste mit einer Menge an Lösemittel vorher benetzt, um das Einbringen derselben zu erleichtern.
Die erfindungsgemäße Farbe wird auf ein Substrat auf Übliche Weise aufgebracht und nachfolgend getrocknet und gewUnschtenfalls eingebrannt. Als Substrat fur die Farbe kann Metall, Holz, Mauerwerk, Kunststoff oder jedes andere Material benutzt werden. GewUnschtenfalls wird zuerst eine Schicht auf das Substrat aufgebracht, die einen Schutz gegen Korrosion und/oder eine bessere Adhäsion der spektralselektiven Farbschicht bewirkt. Dies ist besonders dann wünschenswert, wenn das Substrat durch ein Metall oder Kunststoff
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gebildet ist. Auf diese erste Schicht wird dann die erfindungsgemäße Farbe aufgebracht.
Die Dicke der aufgebrachten Farbschicht kann zwischen breiten Grenzen variieren und beträgt z.B. nach dem Trocknen etwa 5 bis 100 pm und vorzugsweise etwa 20 bis 50 pm.
Substrate mit spektralselektiven Schichten auf der Basis der Farbe gemäß der Erfindung sind besonders geeignet, in allen Arten von Sonnenkollektoren eingesetzt zu werden.
Aus Experimenten mit den beschichteten Substraten hat sich ergeben, daß die Schichten eine ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit gegenüber einor Aufheizung bei 200 C über 14 Tage lang haben, insbesondere, wenn Polysiloxan-Harze und Siloxan-modifizierte Alkyd-Harze und Polyester-Harze benutzt werden. Bei Versuchen in einem AtIas-Bewitterungsapparat hat sich nach 10 Zyklen keine Verringerung der Beständigkeit der Beschichtung gezeigt bzw. feststellen lassen. Diese Versuche wurden ausgeführt, ohne daß eine Glasplatte das ultraviolette Licht abschirmte, wobei diese Glasplatte im allgemeinen in Sonnenkollektoren vorhanden ist, in welchen beschichtete Substrate verwendet werden.
Im folgenden werden Beispiele für die erfindungsgemäße Farbe erläutert. Die unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Beispiele beschriebenen Zusammensetzungen wurden nach vorstehender Beschreibung erstellt.
Beispiel I Eine Farbe mit der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt:
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Bestandteil Gewicht (in %)
Soja-Alkyd-Harz 20,09
Pigment Ferro Black F 6331°) 12,90
Cu/Zn-Flocken 30,28
Terpentinersatz (white spirit) 34,55
Azeton 0,22
Bentone 34 ) 0,37
Pb Naphtenat, 32# Pb 0,29
Co Naphtenat, 10# Co 0,12
Ca Naphtenat, 4% Ca 1,18
100,00.
Der Wert pvc des Pigments betrug etwa lOjS, der Wert pvc von Cu/Zn-Flocken etwa 20/£. Die Farbe wurde auf eine Aluminiumplatte mit Hilfe eines Aufstreichmessers aufgebracht. Die Dicke der Schicht nach dem Trocknen betrug etwa 30 bis 40 um. Nach 14 Tagen Trocknung wurde folgendes Meßergebnis erhalten: cL = 0,88 und £ = 0,47.
Beispiel II
Es wurde eine Farbe mit folgender Zusammensetzung hergestellt:
Bestandteil Gewicht (in %)
Styrol-Butadien-Mischpolymerisat 10,30
chloriertes Paraffin 1,H
Pigment Ferro Black F 6331 a) 17,32
Al-Flocken 9,73
Xylol 55,28
Lösungsmittel in Al-Paste 5,24
Polysiloxanöl 0,01
Coloral F ) 0,98
100,00.
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Der Wert pvc des Pigments betrug etwa 20$, pvc des Aluminiums ebenfalls etwa 20%.
Die Farbe wurde auf eine Aluminiumplatte mit Hilfe eines Aufstreichmessers aufgebracht. Die Dicke der Schicht nach Trocknung betrug etwa 30 bis 40 um. Nach 14 Tagen Trocknung wurde gemessen: <CS = 0,90; £= 0,44.
Beispiel III Eine Farbe mit folgender Zusammensetzung wurde hergestellt: Bestandteil Gewicht (in %)
Mit Siloxan modifiziertes Polyester 19,75
harz 23,03
Pigment Ferro Black F 6331 a) 19,36
Aluminium-Flocken 13,16
Ethylglykolazetat 15,92
Xylol 8,30
Lösungsmittel in Aluminiumpaste 0,26
Bentone 38 ) 0,22
Dispergierungsmittel
100,00.
Der Wert pvc des Pigments betrug etwa 16%, der Wert pvc von Aluminium etwa 24/S.
Die Farbe wurde auf einer Aluminiumplatte mit Hilfe eines Aufstreichmessers aufgebracht. Die Schicht wurde 30 Minuten bei 20°C vorgetrocknet und danach über 60 Minuten lang bei 200°C eingebrannt. Die Dicke der sich ergebenden Schicht betrug etwa 40 bis 50 um. Danach wurden gemessen: QL = 0,84 und E = 0,41.
Die vorstehend angegebenen Bedeutungen fUr a) bis c) sind wie
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folgt:
α) Eisenoxid-, Manganoxid-, Kupferoxid-Pigment (Produkt der Firma Ferro Holland),
b) Bentonit modifiziert mit quaternären Ammonium-Verbindungen,
c) modifiziertes Soja-Lecithin.
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m, -j

Claims (13)

  1. Patentansprüche
    y Farbe zum Aufbringen spektralselektiver überzüge, gekennzeichnet durch ein spektralselektives Pigment, reflektierende Metalltejlchen und Bindemittel und gegebenenfalls weiteren Komponenten mit oder ohne flüssigem Pigmentträger.
  2. 2. Farbe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das spektralselektive Pigment ein Eisenoxid- Manganoxid- Kupferoxid-Pigment, ein Kupferoxid- Chromoxid-Pigment oder eine schwarze Farbe ist.
  3. 3. Farbe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, OaB die reflektierenden Netallteilchen aus Aluminium-, Nickel-, Kupfer-, Zink-, Kupfer-Zink-Legierung oder rostfreiem Stahl sind.
    S/br
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  4. 4. Farbe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Metallteilchen Flocken aus Aluminium-, Kupfer- oder Kupfer-Zink-Legierungen sind.
  5. 5. Farbe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein mit Siloxan modifiziertes Alkydharz oder Polyesterharz, ein Polysiloxanharz oder ein elastomerer Fluor-Kohlenwasserstoff ist.
  6. 6. Farbe nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pigment-Volumenkonzentration des spektralselektiven Pigmentes zwischen etwa \% und etwa 60% liegt.
  7. 7. Farbe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pigment-Volumenkonzentration des spektralselektiven Pigmentes von etwa 10% bis etwa 3Ο?ί reicht.
  8. 8. Farbe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pigment-Volumenkonzentration der reflektierenden Metallteilchen zwischen etwa 5% bis 95% liegt.
  9. 9. Farbe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pigment-Volumenkonzentration der reflektierenden Metallteilchen zwischen etwa 10% bis etwa 30% liegt.
  10. 10. Verfahren zur Herstellung einer Farbe nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein spektralselektives Pigment mit einem Bindemittel und gegebenenfalls mit einem flüssigen Pigmentträger kombiniert wird und daß zu der sich ergebenden Pigmentdispersion reflektierende Metallteilchen
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    hinzugegeben werden.
  11. 11. Anwendung der Farbe nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet/ daß eine aus der Farbe bestehende Uberzugsschicht bei einer Sonnenwärme absorbierenden Einrichtung vorgesehen ist.
  12. 12. Anwendung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonnenwärme absorbierende Einrichtung in einem Sonnenkollektor vorgesehen ist.
  13. 130047/0561
DE19813105963 1980-02-18 1981-02-18 "farbe zum aufbringen spektralselektiver ueberzuege, verfahren zur herstellung der farbe und deren anwendung" Withdrawn DE3105963A1 (de)

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