JP2014531483A - 腐食保護のための層材料およびそのような層材料を有する太陽光受光体 - Google Patents

Abstract

本発明は、腐食保護のための層材料、およびそのような層材料を有する太陽光受光体に関する。層材料は、オリゴまたはポリシロキサン、シリコーン樹脂、シリコーン、ケイ酸塩、ポリリン酸塩のうちの少なくとも１つを含有する樹脂からなり、溶媒に溶解される結合材（１３）と、少なくとも１μｍの平均直径を有する亜鉛マイクロ粒子（１４）からなる顔料と、を含み、１００ｎｍ未満の平均直径を有する酸化チタンまたは酸化ケイ素のナノ粒子（１５）からなるさらなる顔料が層材料中に存在することを特徴とする。層（１１）は、亜鉛粒子（１４）の使用により、層の腐食保護効果に加えて、自己修復効果（１７）を有利に有する。

Description

本発明は、腐食保護のための層材料に関する。前記層材料は、樹脂からなると共に、溶媒に溶解される結合材を含む。樹脂は、オリゴシロキサンまたはポリシロキサン、シリコーン樹脂、シリコーン、ケイ酸塩およびリン酸塩のうちの少なくとも１つを含有する。さらに、結合材は、少なくとも１マイクロメートルの平均直径を有する亜鉛のマイクロ粒子からなる顔料を含有する。加えて、本発明は、金属で作製された吸収管と、隙間を形成するように吸収管を取り囲む、ガラスから作製された封入管と、を備え、隙間が密閉封止されている、太陽エネルギー発電設備用の太陽光受光体に関する。

冒頭で示した種類の層材料は、例えば、ＷＯ２００９／１２９７８３Ａ２によって知られている。当該文献に開示された層材料は、無機物質で被覆可能な金属粒子を含む。被覆は、純亜鉛層による保護よりも、より優れた腐食保護結果を達成することを目的とする。しかしながら、粒子の被覆は、腐食保護に使用される亜鉛の作用を弱める効果も有する。一方、亜鉛粒子が層において露出した場合には（例えば、層に損傷が生じた場合には）亜鉛粒子の急速な腐食は遅くなるので、金属粒子の被覆は、腐食保護に対する金属粒子の長期的な作用を改善する。言い換えれば、被覆された金属粒子の使用による腐食保護に対する改善された長期的な作用は、非損傷層における迅速な保護効果が弱まることの代償である。

ＷＯ２００９／１２９７８３Ａ２

本発明の目的は、亜鉛粒子を含むと共に、改善された腐食保護作用および改善された長期的安定性の両方を確保する、腐食保護のための層材料を特定することである。

さらに、そのような層材料のための有利な使用分野を開発することが本発明の目的である。

本発明によれば、目的は、大きくても１００ｎｍの平均直径を有する酸化チタンまたは酸化ケイ素のナノ粒子からなるさらなる顔料が層材料中に存在する、冒頭に述べた層材料によって達成される。酸化チタンおよび酸化ケイ素の混合物を使用することもできる。ナノスケールの粒子（以下においてナノ粒子という）を有する顔料の使用は、一方で、使用される亜鉛マイクロ粒子の被覆を不要にすることができる有利な効果を有する。したがって、亜鉛マイクロ粒子は、マイクロ粒子による腐食保護の完全な作用を有利に展開することができる。他方、酸化チタンおよび／または酸化ケイ素のナノ粒子からなるさらなる顔料／さらなる複数の顔料は、亜鉛粒子の被覆の代わりに使用される。この顔料はナノ粒子を含むので、層が硬化した後であっても、ナノ粒子は層材料中をさらに移動することができる。したがって、以下の保護メカニズムは、層が使用されるときに生ずる。好ましくは１００℃未満の温度ですでに硬化しているラッカー系は、亜鉛顔料（マイクロ粒子）がカソード防食として働くことによって、腐食に対して最初に金属成分を保護する。これは、金属成分が全体としてより貴であることを前提とする。水素に対して、亜鉛は−０．７６Ｖの標準電位を有し、鉄は−０．４Ｖの標準電位を有するので、これは、例えば、鉄およびはがね用のケースである。亜鉛顔料によって達成されるカソード防食は、３００℃までの温度範囲において容易に使用することができる。

好ましくは鉄合金からなる構成要素が、風化現象（例えば、湿気、塩、温度）に晒される場合、好ましくは、亜鉛顔料は、腐食攻撃を受けるので電気防食用アノードとしての作用を示す。

ナノスケールの酸化チタンまたは酸化ケイ素（ナノ粒子）の使用は、損傷を受けた場合に層をさらに安定させる。この安定化は、自己修復工程によって引き起こされる。損傷を受けた場合、亜鉛顔料は露出し、これにより正表面電荷を生じる。以後続く自己修復工程がなければ、亜鉛は腐食攻撃のために急速に劣化し、そして、腐食保護を確保することはもはやできなくなるであろう。しかしながら、酸化チタンおよび／または酸化ケイ素のナノ粒子は、負表面電荷を帯びるので、損傷箇所の方へ移動する。この結果、損傷箇所は覆われ、露出した亜鉛顔料上にも層は形成され、これによりこの箇所に層材料のマトリックスが戻る。この結果、損傷箇所における亜鉛顔料の劣化は再度遅くなり、その結果として、その機能の観点から層は自己修復されると称することができる。

亜鉛マイクロ粒子の平均直径が大きくても１００μｍを超えない場合に、記載した効果を最適化できることが現在判明している。酸化チタンまたは酸化ケイ素のナノ粒子の平均直径が少なくとも１００ｎｍ以上の場合、層材料の生成はさらに有利に簡略化される。

さらに、本発明のさらなる構成によれば、少なくとも１μｍの粒子の平均直径を有する、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムまたは酸化ケイ素からなるさらなる顔料を添加することができる。これらのさらなる顔料は、充填材として働き、被覆の熱的安定性を改善する。そして、熱的に安定した被覆は高温に耐えることもできるが、いずれの場合にも４１５℃である亜鉛の融点を考慮する必要がある。

さらに、さらなる補助物質を添加することができる。疎水性シリカは、チキソトロープ剤および固体添加物用の沈殿防止助剤（分散剤）として働くことができる。加えて、その疎水性によって、疎水性シリカは、生成される層の保護作用も改善する。１質量％〜３質量％の疎水性シリカを添加することができる。すでに述べた物質に加えて、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、カーボンナノチューブおよび窒化ホウ素ナノチューブもこの文脈において記載することができる。

冒頭において述べた目的は、金属から作製される吸収管を備える、太陽エネルギー発電設備用の太陽光受光体によってさらに達成される。前記吸収管は、ガラスから作製される封入管に収容され、２つの管の間には隙間が生ずるようにする。隙間は、密閉封止される。目的は、太陽光受光体の外部から到達可能な部分が、すでに上述したような態様で構成される、硬化した層材料から作製される（透明な封入管の外部にある）層を備えることによって達成される。このため、特に、層材料は、上述の物質を含有する樹脂からなるマトリックスを含む。さらに、亜鉛マイクロ粒子は、顔料としてマトリックス中に組み込まれ、ならびに酸化チタンおよび／または酸化ケイ素のナノ粒子はさらなる顔料としてマトリックス中に組み込まれる。層は硬化するので、溶媒は、樹脂から完全にまたは少なくとも大部分蒸発し、その結果、硬化した層材料が形成される。

太陽光受光体の実施形態によれば、隙間の密閉封止は溶接継ぎ目によって確保されることがさらに提供される。本発明によれば、この溶接継ぎ目の外部から到達可能な部分上に、硬化した層材料から作製される層が設けられる。これには、スペーサリングが腐食に対して確実に保護されるという有利な効果がある。スペーサリングの外部から到達可能な部分は、一方の端部において封入管と隣接し、及び他方の端部において吸収管と隣接する。これらの接続箇所は、好ましくは、層材料によって同様に差し渡すことができる。この結果、密閉封止の封止箇所も腐食に対して確実に保護することができる。

本発明のさらなる詳細は、図面を基にして以下に記載される。図面の同一のまたは対応する要素は、各場合において、同一の参照符号が付され、そして、各図面間の差異が存在するだけであって繰り返し説明される。

本発明による層材料の例示的実施形態を概略断面図で示す。 本発明による層材料の例示的実施形態を概略断面図で示す。 本発明による太陽光受光体の例示的実施形態を、軸方向に沿った断面図で示す。

図１に示すように、層１１は、構成要素１２に適用される。層は、亜鉛のマイクロ粒子１４が組み込まれた結合材１３からなるマトリックスを有する。さらに、酸化チタンおよび／または酸化ケイ素のナノ粒子１５が結合材１３中に均一に分散される。加えて、酸化アルミニウム等の充填材の粒子１６もマトリックス中に設けることができる。

図２は、図１と比較可能な層構造を示す。しかしながら、ここでは、充填材の粒子が設けられていない。しかしながら、図２は、クラックの形態の損傷１７がどのように層構造を変化させるかを示す。亜鉛の個々のマイクロ粒子１４ａがクラック表面１８に露出されていることが明らかになる。この結果、露出したマイクロ粒子１４ａの腐食速度が加速することになり、そのため、正表面電荷がクラック表面１８に局所的に生ずる。酸化物のナノ粒子１５は、粒子の大きさが小さいために、結合材１３によって形成された層マトリックス中を移動することができるので、その負表面電荷のために（点線ハッチングされた）拡散領域２５内をクラック表面１８へ移動し、そこで密集するようになる。特に、露出した亜鉛マイクロ粒子１４ａも覆われるので、亜鉛マイクロ粒子１４ａの活性は再度低下し、結合材１３に完全に組み込まれた亜鉛マイクロ粒子１４の活性と比較可能なレベルと一様になる。したがって、層１１の腐食保護特性に関し、自己修復と称することができる。損傷１７はまだ存在するけれども、層のこの領域における腐食は促進されないので、構成要素１２は、この点に対するさらなる腐食攻撃に対しても保護され続ける。

図３は、吸収管２０、封入管２１およびスペーサリング２２から構成される太陽光受光体１９を示す。スペーサリング２２は、封入管２１内の吸収管２０の中心取り付けに寄与し、その結果として隙間２３が生ずる。この隙間２３は、絶縁性であると考えられる。

封入管２１と吸収管２０との異なる膨張係数を補整することができるようにするために、スペーサリング２２は、（誇張した形態で示される）間隔３０を介して吸収管２０上に取り外し可能に取り付けられる（例えば隙間嵌）。内部空間２３の密閉封止を得るために、板金から作製される蛇腹３１が、吸収管２０上のスペーサリング２２の軸方向の動きを補整するために設けられる。これらの蛇腹は、吸収管２０上の基部リング３２によって支持され、この場合、基部リングは溶接接続３３によって固定される。蛇腹３１と基部リング３２との接続は、圧接接続３４とすることができる。スペーサリング２２と蛇腹３１との接続は、圧接接続によって同様に蛇腹３１に接続された中間リング３５によって形成される。また、接続リング３５とスペーサリング２２とは、これらの接合部において溶接接続３６によって接続される。これにより、スペーサリング２２と中間リング３５との間の密閉封止が提供される。

溶接継ぎ目３３、３６によって隙間２３の密閉封止領域を保護するために、層２４がこれらの領域に適用され、前記層は、例えば、より詳細には示されていない態様ではあるが、図１に示すような形態を有する。これにより、溶接継ぎ目３３、３６の外部から到達可能な部分の腐食保護をもたらす。隣接部分も同様に被覆することができる（不図示）。

結合材として、例えば、メチルシリコーン樹脂溶液またはメチルフェニルシリコーン樹脂溶液を使用することができる。これらの物質の商品名は、例えば、ＷａｃｋｅｒからのＳｉｌｒｅｓ（登録商標）ＲＥＮ５０、ＲＥＮ６０またはＲＥＮ８０である。他に可能なものは、疎水性シリカの使用である。これは、例えば、ＨＤＫ Ｈ１３ＬまたはＨＤＫ Ｈ１５の商品名でＷａｃｋｅｒから購入することができる。これらの物質は、ブタノール、キシレンまたはこれらの溶媒の混合物に溶解される。これらの溶媒を使用すると、乾燥はもはや室温で十分である。シリカが１質量％〜３質量％の濃度で層材料に添加される場合、シリカは、チキソトロープ剤としておよび固体添加物用の分散剤としての両方の作用を示す。加えて、シリカは、生成される層の表面に疎水性を付与する。前記層材料は、例えば、ラッカーとして処理することができる。使用される粒子は、前記溶媒および結合材を含有すると共に、粒子の分散として処理されるラッカー系を形成するように処理される。特別なメチルポリシロキサン樹脂（例えば、ＷａｃｋｅｒからのＳｉｌｒｅｓ（登録商標）ＭＳＦ１００）が使用される場合、室温で触媒を使用しておよび相対大気湿度５０％で、ラッカーは、触れることができるような硬さまで３０分以上で硬化することができる。酸、塩基、スズ、亜鉛、チタンおよびジルコニウム化合物は触媒として使用することができる。いずれにせよマイクロ粒子は亜鉛からなるので、触媒の存在はラッカー系において確保される。

ラッカー系は、スプレー、浸漬または塗装によって塗布することができる。噴霧装置を使用するスプレーは、太陽光受光体への塗布において、耐腐食層の生成に有利である。これは、建設現場で有利に実施することができる。この結果、すでに設置された設備に対する修理を迅速に実行することもできる。一方、噴霧装置は太陽光受光体の最初の設置手順の中に容易に組み込むこともできる。この場合、空気制御の自動吹付装置を使用することができる。

１１ 層
１２ 構成要素
１３ 結合材
１４ マイクロ粒子
１４ａ マイクロ粒子
１５ ナノ粒子
１６ 粒子
１７ 損傷
１８ クラック表面
１９ 太陽光受光体
２０ 吸収管
２１ 封入管
２２ スペーサリング
２３ 隙間（内部空間）
２４ 層
２５ 拡散領域
３０ 間隔
３１ 蛇腹
３２ 基部リング
３３ 溶接接続（溶接継ぎ目）
３４ 圧接接続
３５ 中間リング（接続リング）
３６ 溶接接続（溶接継ぎ目）

Claims (6)

1. オリゴシロキサンまたはポリシロキサン、シリコーン樹脂、シリコーン、ケイ酸塩、ポリリン酸塩のうちの少なくとも１つを含有する樹脂からなり、溶媒に溶解される結合材（１３）を含み、
   少なくとも１μｍの平均直径を有する亜鉛マイクロ粒子（１４）からなる顔料を含む、腐食保護のための層材料であって、
   大きくとも１００ｎｍの平均直径を有する酸化チタンまたは酸化ケイ素のナノ粒子（１５）からなるさらなる顔料が前記層材料中に存在していることを特徴とする、層材料。
2. 前記亜鉛マイクロ粒子（１４）は、大きくとも１００μｍの平均直径を有することを特徴とする、請求項１に記載の層材料。
3. 酸化チタンまたは酸化ケイ素の前記ナノ粒子（１５）は、少なくとも１０ｎｍの平均直径を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の層材料。
4. 前記層材料は、少なくとも１μｍの粒子（１６）の平均直径を有する、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムまたは酸化ケイ素からなるさらなる顔料を充填材として含有することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の層材料。
5. 金属から作製された吸収管（２０）と、
   隙間（２３）を形成するように前記吸収管（２０）を取り囲む、ガラスから作製された封入管（２１）と、を備え、
   前記隙間（２３）が密閉封止された、太陽エネルギー発電設備用の太陽光受光体であって、
   前記封入管の外部における前記太陽光受光体の外部から到達可能な部分は、請求項１から４のいずれか一項に記載の硬化した層材料から作製された層（２４）を少なくとも部分的に備えることを特徴とする、太陽光受光体。
6. 前記隙間（２３）の前記密閉封止は、溶接継ぎ目（２２）によって確保され、
   前記溶接継ぎ目は、前記溶接継ぎ目の外部から到達可能な前記部分上に、請求項１から４のいずれか一項に記載の硬化した層材料から作製された前記層（２４）を備えることを特徴とする、請求項５に記載の太陽光受光体。

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