SI23451A - Barvni večplastni premazi z nizko sončno absorptivnostjo in visoko toplotno emisivnostjo - Google Patents

Abstract

Predloženi izum se nanaša na: i) barvne večplastne premaze z nizko sončno absorptivnostjo in visoko toplotno emisivnostjo, ki se jih da uporabiti za uravnavanje najvišje temperature premazanih površin izpostavljenih direktni sončni svetlobi; ii) postopek za nanašanje premaza; in iii) hladne površine pripravljene z nanosom teh premazov. Sestavki za barvne premaze so narejeni z mešanjem visoko odsevnih kovinskih ali metaliziranih lusk, za IR prozornih ali IR odsevnih barvil v raznih vezivih; njihova visoka toplotna emisivnost pa je zagotovljena z nanosom prozornega vrhnjega sloja z visoko toplotno emisivnostjo. Premaze se da nanašati z razpršilnim nanašanjem ali s postopkom tračnega nanašanja (coil coating).

Description

Predloženi izum se nanaša na: i) barvne večplastne premaze z nizko sončno absorptivnostjo in visoko toplotno emisivnostjo, ki se jih da uporabiti za uravnavanje najvišje temperature premazanih površin izpostavljenih direktni sončni svetlobi; ii) postopek za nanašanje premaza; in iii) hladne površine pripravljene z nanosom teh premazov. Sestavki za barvne premaze so narejeni z mešanjem visoko odsevnih kovinskih ali metaliziranih lusk, za IR prozornih ali IR odsevnih barvil in raznih veziv; njihova visoka toplotna emisivnost pa je zagotovljena z nanosom prozornega vrhnjega sloja z visoko toplotno emisivnostjo. Premaze se da nanašati z razpršilnim nanašanjem ali s postopkom tračnega nanašanja (coil coating).

PRIKAZ PROBLEMA IN STANJE TEHNIKE

Pregretje zgradb v južnih deželah je resen problem, ki se odraža na visoki porabi energije za hlajenje ali klimatizacijo soncu izpostavljenih zgradb. Ocenjeno je, da stane hlajenje stavbe trikrat do šestkrat več kot njeno ogrevanje. Maksimalne stagnacijske temperature površin izpostavljenih sončnemu sevanju torej variirajo v srednji Evropi od 40°C za belo in do 65°C za črno obarvane površine.

Zaščito pred toplotnim sevanjem je možno učinkovito izvajati samo na površinah z nizko sončno absorptivnostjo in visoko toplotno emisivnostjo.

Segrevanje soncu izpostavljenih površin je posledica absorpcije sončne svetlobe na površini. Razmerje med absorbiranim sočnim sevanjem in celotnim sončnim sevanjem se imenuje sončna absorptivnost - as in jo lahko matematično izrazimo z naslednjo enačbo:

- /?(A» dl ίτ Sili cU «i

-2kjer je S(A) direktno sončno sevanje, R(A) pa je odsevnost preizkusne površine. Za zmanjšanje množine absorbiranega sevanja je treba zmanjšati sončno absorptivnost; z drugimi besedami, odsevnost vzorčne površine, med 0,3 in 2,5 pm, mora biti povečana. Torej mora biti površina v UV-Vis-NIR “bela”.

Po drugi stani pa vsi ogrevani predmeti oddajajo energijo s toplotnim IR sevanjem, to je med 2,5-15 pm. Predmet, ki seva najvišjo možno množino energije, se imenuje “črno telo.” Vendar pa soncu izpostavljene površine glede toplotnega IR sevanja niso resnično črne. Oddajajo samo del maksimalnega sevanja. Stehtano razmerje med oddanim sevanjem, 1—R(A), in Planckovo porazdelitvijo pri črnem telesu, r(A,T), se imenuje toplotna emisivnost, er, in se jo da matematično izraziti kot:

f₂'Jri4.D(l -/iffl)d(A)

J2 5 r(4, T) (14

Da bi dosegli maksimalno izgubo energije s sevanjem, mora biti površina “črna” v toplotnem IR področju svetlobnega spektra; to pomeni, da ima visok e_T.

Na območju Sredozemlja so bile fasade in strehe za zmanjšanje absorpcije sončne energije belo pobarvane že v daljni preteklosti. Če so zaželeni drugačni barvni odtenki, je treba uporabiti posebno sestavo premaza. V zadnjih letih narašča zanimanje za proizvodnjo barvnih premazov z visoko sončno odsevnostjo, da bi preprečili prekomerno segrevanje osončenih površin stavb. Taki premazi se imenujejo »hladne barve,” ker dosežejo nižjo temperaturo pri izpostavljanju soncu kot običajne barve. Prva metoda za izdelavo takih hladnih barv je uporaba anorganskih IR odsevnih pigmentov, kot je opisano v US 4,424,292 ali v US 4,624,710, ali organskih IR odsevnih pigmentov, kot je opisano v US 6,989,056. Nedavno so Levinson et al. sistematično presejali IR odsevne lastnosti več pigmentov in jih uporabili za proizvodnjo asfaltnih strešnih skodel [Levinson, R., etal. So/. Energy Mater. Sol. Celiš, 2007, 97(4): p. 304-314], Precej “hladnih pigmentov” so že proizvedli proizvajalci pigmentov, kot Shepherd Color Co, linija proizvodov Arctic - Infrared Reflective Pigments; in Ferro, linija proizvodov Cool Colors in Eclipse. Za izboljšanje IR odsevnosti IR neodsevnih, IR prozornih pigmentov so bili naneseni na bele, visoko odsevne anorganske podlage, kot so titan, aluminij, cinkov oksid, kalcijev karbonat, barijev sulfat in kovinske luske, za pripravo novih IR odsevnih pigmentov, kot je

-3opisano v patentnih prijavah US2002/0129739 in US 2006/015922. Za zmanjšanje toplotne prevodnosti hladnih premazov so bile uporabljene votle mikro krogljice, kot je opisano v patentni prijavi US 2005/0126441.

Najzanimivejša je uporaba hladnih barv za premaz kovinskih plošč uporabljenih za izdelavo fasad ali streh. V prijavi US2005/0129964 je opisana rešitev, ki uporablja več slojev, od katerih je vsak narejen s posebnim postopkom nanašanja. V Sl 22808 je bil pripravljen hladen premaz z dodatkom dveh IR odsevnih oksidov, to je titanovega in cinkovega oksida, k običajnemu barvnemu sestavku. Vendar pa ni opisanih nobenih podrobnosti o jakosti barve.

V [Orel, B et al. So/. Energy Mater. Sol. Celiš, 2007, 97(2-3): p. 93-118] so opisani na debelino neobčutljivi, spektralno selektivni (TISS) premazi, ki so primerni za zbiranje sončne energije v sončnih toplotnih zbiralnikih. Kažejo popolnoma nasprotne lastnosti kot hladne barve; namreč visoko sončno absorptivnost, visoko absorpcijo v UV, vidnem in NIR delu svetlobnega spektra, to je med 0,3 in 2,5 pm; in nizko toplotno emisivnost, to je visoko odsevnost v termičnem IR delu svetlobnega spektra, to je nad 2,5 pm. Uporabljajo se kot vroče barve; njihova površina se na soncu segreje bolj kot površina običajnih barv z istim barvnim odtenkom. Ni predlagana nobena možnost za uporabo tega pristopa v tehnologiji hladnih barv.

Kot prvi namen predloženega izuma je zelo zaželen razvoj tehnologije za proizvodnjo hladnih barv iz raznih barvnih pigmentov, brez njihovega nanašanja na površino belih IR odsevnih materialov iz anorganskih delcev, ker je postopek za pripravo premazanih delcev pigmentov časovno potraten in drag. Drugi namen je priprava hladnih površin iz teh barv. Tretji namen predmetnega izuma je razvoj postopka primernega za industrijske uporabe tako proizvedenih barv.

OPIS NOVE REŠITVE PO IZUMU

Ugotovili smo, da z ustreznim izborom pigmentov ali drugih barvil, ki imajo visoko IR prozornost ali visoko IR odsevnost, za pripravo barv tipa TISS ali z nanašanjem prozornega polimernega premaza povrhu take barve tipa TISS, lahko nastane plastni premaz, ki kaže nizko sončno absorptivnost, to je visoko sončno odsevnost in visoko toplotno emisivnost, to je nizko odsevnost v toplotnem IR delu svetlobnega spektra.

-4Plastni premaz bi lahko nanesli na razne podlage; njegova storilnost ni odvisna od podlage. Nanos takih premazov na fasade ali strehe zmanjša pregrevanje teh površin.

KRATEK OPIS SKIC

Skica 1 je shematski prikaz barvnega večplastnega premaza na podlagi.

Skica 2 predstavlja UV-Vis-NIR-IR odsevnostne spektre A) rumenega TISS premaza z nizko as in nizko βγ in B) rumenega večplastnega premaza z nizko sončno absorptivnostjo in visoko toplotno emisivnostjo.

Slika 3 predstavlja UV-Vis-NIR-IR odsevnostne spektre C) svetlomodrega TISS premaza z nizko as in nizko er in D) svetlomodrega večplastnega premaza z nizko sončno absorptivnostjo in visoko toplotno emisivnostjo.

Slika 4 predstavlja UV-Vis-NIR-IR odsevnostne spektre E) zelenega TISS premaza z nizko as in nizko w e_T, F) zelen TISS premaz z nizko a_s in nizko er z dodanim vezivom v sestavku in G) zelenega večplastnega premaza z nizko sončno absorptivnostjo in visoko toplotno emisivnostjo.

PODROBEN OPIS IZUMA

TISS premazi z nizko as ,_n nizko e_T niso koristni za toplotno izrabo sončne energije, zato je zelo zaželena njihova pretvorba v hladne premaze. To lahko storimo z njihovim optimiziranjem v barven večplasten premaz, ki kaže nizko sončno absorptivnost in visoko toplotno emisivnost, enostavno z nanosom dodatne plasti prozornega vrhnjega premaza. Nizka sončna absorptivnost je sončna absorptivnost, ki je nižja od a_s = 0,85; visoka toplotna emisivnost pa toplotna emisivnost, ki je višja od er = 0,85.

Barvni večplastni premaz z nizko sončno absorptivnostjo in visoko toplotno emisivnostjo, ki je bistven del predmetnega izuma, je shematsko prikazan na Skici 1. Številka 1 označuje osnovni material, to je podlago, ki jo je treba opremiti s premazom. Ni nobenih omejitev glede podlage; hladilni učinek ni odvisen od podlage.

Številka 2 in številka 3 na Skici 1 označujeta dva različna dela TISS barve z nizko as in nizko er, kar je označeno s številko 5. Oba dela TISS barve nastaneta pri enem samem koraku nanašanja. To ni mogoče brez priprave TISS premaza. Podrobneje označuje številka 2 visoko odseven del TISS premaza z nizko a_s in nizko e_T ter veliko

-5vsebnostjo kovinskih ali metaliziranih lusk. Številka 3 označuje del TISS premaza z nizko »s in nizko e_T ter veliko vsebnostjo barvila. Nizka vrednost βγ TISS barve se da povečati z nanosom vrhnjega premaza z visoko vrednostjo e_T.

Številka 4 označuje vrhnji premaz z visoko prozornostjo v vidnem delu svetlobnega spektra in visoko toplotno emisivnostjo, ki ima lahko tudi sposobnost, da se jih ne prime umazanija.

Kombinacija zgoraj omenjenih plasti ima za posledico končni premaz, ki ima nizko as in visoko er; z drugimi besedami, gre za hladen premaz. Ta konfiguracija plasti in njihova sestava predstavljajo edinstveno rešitev za proizvodnjo hladnih površin. Pretvorba TISS premaza z nizko a_s in nizko er v hladne barve je torej poceni in zlahka izvedljiva; nanos vrhnjega sloja dodatno poveča okoljsko obstojnost obstoječih barvnih premazov.

TISS premazi z nizko as in nizko e_T so značilni po uporabi barvil, ki imajo NIR odsevnost ali NIR prozornost, ki sta lahko dodatno funkcionalizirani za izboljšanje njihove kompatibilnosti in disperznosti v smolnih vezivih; in z uporabo kovinskih ali metaliziranih lusk, veziva, aditivov. Nizke as vrednosti so vrednosti pod 0,85; nizke e_T vrednosti so pod 0,60.

Barvila, ki naj imajo visoko NIR odsevnost ali prozornost, so izbrana izmed, vendar niso omejena na: skupino topnih barvil, ki obsegajo kisla barvila, substantivna barvila, bazična barvila, razvita barvila, žveplova barvila, anilinska barvila in zapon barvila; skupino organskih pigmentov, ki obsegajo azo pigmente, izbrane izmed pigmentov: monoazo, diazo kondenzacijskih, beta-naftola, naftola AS, lakiranega azo, benzimidazolona, azometina, azometin-azo, izoindolinona in izoindolin ftalocianina, kinakridona, perilena in perinona, tioindiga, antrakinona, antrapirimidina, flavantrona, pirantrona, antantrona, dioksazina, triarilkarbonija, kinoftalona, diketopirolopirola; in skupino anorganskih pigmentov, ki obsegajo kovinske okside in hidrokside titana, vanadija, kroma, mangana, železa, kobalta, niklja, bakra, kadmija, bizmuta, antimona, cinka, kositra, svinca, aluminija, njihovih zmesi, in mešanih oksidov rutilnega in spinelnega tipa. Površino anorganskih pigmentov lahko dodatno modificiramo z uporabo silanov med procesom drobljenja ali dispergiranja. Med procesom nanašanja tvorijo barvila z barvilom obogaten sloj povrhu z aluminijem obogatenega sloja. Ta sloj

-6daje barvo premazu; to pomeni, da mora biti določena absorpcija v vidnem delu svetlobnega spektra in vseh drugih delih sončne svetlobe odsevana ali prenesena v nižji aluminijev sloj. Barvni toni, dobljeni s tem sestavkom, so intenzivnejši in množina uporabljenega barvila je nižja kot pri običajnih hladnih barvah.

Barvila uporabimo v množini 0,5 do 80 % mas./mas. suhe snovi, prednostno 0,7 do 70 % in idealno 1 do 65 % mas./mas. suhe snovi na celotni pripravek, za proizvodnjo TISS premaza z nizkim as in nizkim e_T.

Najpomembnejši del TISS premazov v vseh delih svetlobnega spektra so visoko odbojne kovinske ali metalizirane luske. Lahko jih izberemo izmed, vendar niso omejene nanje: lusk iz aluminija, bakra, nerjavnega jekla, metaliziranih borosilikatnih lusk, metaliziranih sljudnih lusk. Zelo je zaželeno, da se luske ne dvigajo proti površini, tako da lahko tvorijo spodaj ležeč sloj, ki je podoben sloju iz ravne kovinske folije, kjer so luske zelo na gosto postavljene, kar dosežemo z izborom lusk s pravim premerom in ploskim presekom. Zelo je zaželeno, da imajo luske povprečen premer večji od 10 pm, prednostno večji od 15 pm. Uporaba tako velikih lusk tudi znatno izboljša korozijsko stabilnost premazanih predmetov, zaradi večplastne, manj prepustne zgradbe z luskami bogatega dela TISS. Ti premazi so zato posebno primerni za premaz fasadnih ali strešnih elementov, ki so izpostavljeni ostrim, uničevalnim okoljskim silam.

Visoko odsevna osnova TISS premazov deluje kot zrcalo in vsa svetloba, ki jo posredujejo zgornji sloji, odseva nazaj, tako da se odsevnost v vseh delih spektra poveča, kar povzroči nižjo sončno absorptivnost in nižjo toplotno emisivnost. TISS premazov s takimi lastnostmi se ne da upravičeno uporabljati za izrabo sončne toplote, razen če niso premazani s prozornim premazom, ki poveča toplotno emisivnost, po tem pa so lahko uporabni kot hladni premazi.

Odsevne luske uporabljamo v koncentraciji 0,1 do 60 % mas./mas. suhe snovi, prednostno 0,5 do 55 % in idealno 1 do 50 % mas./mas. suhe snovi glede na celotni pripravek, za proizvodnjo TISS premaza z nizko a_s in nizko e_T.

-7Primerno vezivo za pripravo TISS premazov z nizko as in nizko e_T je izbrano izmed, ni pa omejeno nanje: organskih smol, ki obsegajo akrilate, metakrilate, stiren-akrilate, stiren-metakrilate, substituirane poliolefine, polistiren in stirenske kopolimere, alkidne smole, nasičene ali nenasičene poliestre ali poliamide, poliimide, poliuretane, polietre, epoksi smole, silikone, klorosulfoniran polietilen, fluorirane polimere, fluorirane akrilne kopolimere ali fluorosilikone, vinilpirolidon-vinilacetatne kopolimere, polivinilpirolidon, poliizopropilakrilat, poliuretane, voskaste disperzije na osnovi polietilena, polipropilena, in njihove zmesi.

Veziva uporabljamo v koncentraciji 10 do 80 % mas./mas. suhe snovi, prednostno 15 do 78 % in idealno 20 do 75 % mas./mas. suhe snovi na celoten pripravek, za pripravo TISS premaza z nizko as in nizko e_T.

Aditive, kot so vendar niso omejeni nanje: dispergirna pomožna sredstva, reološki aditivi, protipenilna sredstva in polnila uporabljamo v koncentraciji 0,01 do 60 % mas./mas. suhe snovi, prednostno 0,1 do 55 % in idealno 0,5 do 51 % mas./mas. suhe snovi na celoten pripravek, za proizvodnjo TISS premaza z nizko as in nizko e_T.

Vrhnji premaz nanesemo na suho TISS barvo, ki daje visoko toplotno emisivnost večplastnemu premazu. Vrhnji premaz nanesemo na sloj, ki je dovolj debel, da spremeni toplotno emisivnost sestavljenega premaza od nizkih do visokih vrednosti, prednostno nad 0,9. Vrhnji premaz barvnih večplastnih premaznih sestavkov je izpostavljen UV svetlobi in drugim razgradnim silam okolja, zato mora biti narejen iz trajne smole. Vrhnji premazi, ki jih uporabljamo za pretvorbo TISS premazov z nizko as in nizko θτ v hladne premaze, ne vsebujejo pigmentov (brez sipanja), v glavnem pa obstajajo iz veziva iz polimerne smole, zamreževalnih sredstev, UV absorberjev (ne tako bistveno za Lumiflon fluoropolimer) in aditivov kot pirogene kremenice, reoloških aditivov, protipenilnih aditivov in spojin, ki povečajo samočistilne lastnosti, kot so multifunkcionalni polihedralni silseskvioksani. Pri uporabi kot hladnih premazov je pomembno vedeti, kako hitro narašča njihova toplotna emisivnost z debelino nanesenega vrhnjega sloja za doseganje e_T >0.9. Iz ekonomskih razlogov je namreč ugodno, da dosežemo visoke vrednosti e_T z nanašanjem najtanjšega možnega vrhnjega sloja laka po površini TISS barvnih premazov z nizko a_s in nizko e_T.

-8Trajna smolna veziva za proizvodnjo vrhnjega premaza so izbrana izmed, vendar niso omejena na: akrilate, metakrilate, stiren-akrilate, stiren-metakrilate izbrane izmed substituiranih poliolefinov izbranih izmed polistirenskih in stirenskih kopolimerov, alkidnih smol izbranih izmed nasičenih in nenasičenih poliestrov ali poliamidov, poliimidov, poliuretanov, polietrov, epoksi smol, silikonov, klorosulfoniranega polietilena, fluoriranih polimerov izbranih izmed fluoriranih akrilnih kopolimerov ali fluorosilikonov, vinilpirolidon-vinilacetatnih kopolimerov, polivinilpirolidona, poliizopropilakrilata, poliuretanov, voskastih disperzij na osnovi polietilena, polipropilena in njihove zmesi. Poliuretanske smole kot Desmophen in fluorirane poliuretanske smole kot iz serije Lumiflon, kombinirane s primernim zamreževalnim sredstvom, so posebno primerne. Vrhnji premaz lahko vsebuje tudi številne svetlobne stabilizatorje, kot HALS in UV-absorberje za izboljšanje UV stabilnosti. Po pričakovanju laki na osnovi bolj polarnega poliuretana bolje absorbirajo kot fluoropolimer, kar kaže, da so potrebni tanjši vrhnji sloji prvega navedenega laka, da dosežemo enako izboljšanje toplotne emisivnosti kot TISS osnovni premaz. Večina polimernih smolnih veziv uporabljenih za prozorne lake je prav dobrih absorberjev toplotnega infrardečega sevanja in njihova toplotna emisivnost presega 0,80 pri zadostni debelini.

Zelo je tudi zaželeno, da ima vrhnji premaz samočistilne lastnosti, ki izvirajo iz velikih kontaktnih kotov za vodo in heksadekan. Te lastnosti lahko dosežemo z dodatkom multifunkcionalnih polihedralnih silseskvioksanskih spojin k sestavku vrhnjega premaza. Multifunkcionalni polihedralni silseskvioksani so značilni po tem, da vsebujejo najmanj eno prosto amino skupino ali eno prosto hidroksilno skupino ali eno prosto karboksilno skupino, najmanj eno perfluorirano alkilno skupino in najmanj eno razvejano alkilno skupino na eno molekulo silseskvioksana. Taki aditivi lahko povečajo statični kontaktni kot za vodo na 110° in na 40° za heksadekan, če jih nanesemo v zadostni koncentraciji.

Multifunkcionalni polihedralni silseskvioksani so uporabni v koncentraciji med 0,01 in 15 % mas./mas. suhe snovi, prednostno 0,3 do 12 % in idealno 0,5 do 10 % mas./mas. Suhe snovi na celotni pripravek za proizvodnjo vrhnjega premaza.

-9Za vse zgoraj navedene premaze uporabimo organska topila, ki so izbrana izmed, vendar ne omejena nanje: alifatskih ogljikovodikov, kot so heksan, heptan, oktan in podobno; aromatskih ogljikovodikov kot benzena, toluena, ksilena in podobnih; topil tipa alkohol, eter, ester ali keton, kot so izopropilalkohol, n-butilalkohol, izobutylalkohol, oktilalkohol, Cellosolve, butil Cellosolve, dietilenglikol-monobutileter, metilizobutil-keton, propilenglikol-monometileter, propilenglikol-monopropileter, propilenglikol-monobutileter, dipropilenglikol-monometileter, dipropilenglikol- monobutileter, aceton, diizobutil-keton, etilacil-keton, metilheksil-keton, etilbutil-keton, etilacetat, izobutilacetat, acilacetat, 2-etilheksilacetat, 2-metoksipropilacetat, itd. Ta organska topila so uporabna posamič ali v zmesi po dva ali več..

Hladne površine lahko pripravimo z nanosom TISS premazov z nizko as in nizko er, ki jih lahko nanesemo z razpršilnim nanašanjem ali s postopkom tračnega nanašanja (coil coating) po vsaki primerno oblikovani podlagi, ki je izbrana izmed, vendar ne omejena nanje: kovinske pločevine, narejene iz, vendar ne omejene nanje: jekla, pocinkanega in aluminiziranega jekla, jekla preslojenega s kositrom, nerjavnega jekla, bakra, aluminija, in njihovih zlitin; podlaga je lahko tudi polimeren material, beton ali drugi gradbeni materiali. Pred nanosom hladnega premaza lahko podlago še dodatno zaščitimo proti koroziji s primernim osnovnim premazom, ki lahko služi tudi za izboljšanje oprijema na podlago.

Zelo visoke vrednosti za toplotno emisivnost ne bi mogli doseči z direktnim dodatkom presežne množine smolnega veziva v TISS premaz. Odgovarjajoči TISS premaz barve namreč ne kaže visokih vrednosti za toplotno emisivnost. Uporaba smolnega veziva je bolj racionalna in gospodarna, kadar ga nanesemo kot tanek vrhnji premaz, ker je v tem primeru potrebno manj materiala, da dosežemo er >85. Predmetni izum nudi optimalno rešitev za pripravo hladnih barv. To je razvidno iz Primerov 5-7.

Iz spektrov, prikazanih na Skicah 2-4, je mogoče videti, da imajo vsi premazi višjo odsevnost v NIR regiji kot v UV-Vis regiji svetlobnega spektra, vendar v toplotni IR (na λ = 2.5 pm) kažejo tudi nizko odsevnost. To so zaželene lastnosti za premaze, ki so sposobni za preprečitev pregretja premazanih površin izpostavljenih sončnemu sevanju.

-10TISS premaz z nizko a_s in nizko e_T je treba nanesti v primerni debelini, da dosežemo tvorbo dvoslojne zgradbe, ki je predstavljena na Skici Fig. 1 pod številko 5. V ta namen naj bi bila debelina nanosa med 1 in 150 pm, prednostno med 2 in 120 pm in idealno med 3 in 90 pm.

Vrhnji premaz z visokim er lahko nanesemo bodisi z razpršilnim nanašanjem ali s postopkom nanašanja tračnega nanašanja (coil coating) na TISS premaz in ga je treba nanesti v primerni debelini, da dosežemo visoke e_T vrednosti. Vrednost er je odvisna od debeline. Da dosežemo visok er, mora biti debelina nanosa med 1 in 200 pm, prednostno med 2 in 180 pm in idealno med 3 in 150 pm.

PRIMERI

Merilne tehnike:

Optične lastnosti vzorcev smo določili iz izmerjenih IR absorpcijskih in odsevnostnih spektrov vzorcev z izmerami najmanj 5 χ 5 cm². Odsevnostne spektre v vidnem (VIS) in blizu infrardečega (NIR) območja smo merili na Perkin Elmer Lambda 950 UV/Vis/NIR z integracijsko kroglo (modul 150 mm), medtem ko smo dobili spektre v srednjem IR spektralnem območju na Bruker IFS 66/S spektrometru opremljenem z integracijsko kroglo (OPTOSOL), z uporabo zlate plošče kot standarda za difuzno odsevnost. Vrednosti za sončno absorptivnost (as) in toplotno emisivnost (ey) za vse vzorce smo izračunali v skladu s standardno metodo: Kohl, G. Jorgensen, A.W. Czanderna, Performance in Durability Assessment: Optical Materials for Solar Thermal Systems, Elsevier, The Netherlands, 2004 in M.G. Hutchins, Spectrally selective materials for efficient visible, šolar and thermal radiation control, v: M. Santamouris (Ed.), Solar Thermal Technologies for Buildings, James & James, London, 2003. Vrednosti βτ smo izračunali iz spektrov črnega telesa pri 80 °C. C* vrednosti smo določili iz odsevnostnih spektrov (posnetih na zgoraj naštetih aparatih) v skladu s CIE Technical Report: Colorimetry 3^rd ed. 2004, The International Commission on lllumination, Vienna, p. 17 (ISBN 3 901 906 33 9).

-11PRIMER 1

Rumen TISS premaz z nizko a_s in nizko βγ

Rumeno pigmentno pasto najprej pripravimo z naslednjimi sestavinami:

Desmophen® A 365 (Bayer MaterialScience AG) Bayferrox 3920 (LAXNESS)

Bentone® SD-2 (Elementis Specialties, Inc.) Disperbyk 131(BYK) ksilen

240 g

381 g g

13g

168 g n-butilacetat g

Pigment postopoma dodajamo k raztopini Desmophen® A 365 v Disperbyk 161 in ksilenu ob konstantnem dispergiranju. Po zaključenem dodajanju nadaljujemo z dispergiranjem nadaljnjih 15 minut, nato pa dodajamo Bentone® SD-2 ob konstantnem dispergiranju ter nadaljujemo z dispergiranjem nadaljnjih 15 minut. Dobljeno disperzijo zmeljemo v mlinu za pesek pri približno ~ 3000 obratov/minuto (RPM) na velikost delcev < 1 pm (ISO 1524). Ob konstantnem dispergiranju dodajamo n-butilacetat. Rumeni TISS premaz je narejen s pomešanjem naslednjih sestavin:

% rumeno pigmentno pasto pripravimo, kot je predhodno opisano 327 g

Alubright 3100 (Schlenk Metaliic Pigments GmbH) 274 g

ΒΥΚ® 410 (ΒΥΚ-Chemie GmbH) 10 g

4-hidroksi-4-metilpentan-2-on 12 g

Desmophen® A 365 (Bayer MaterialScience AG) 220 g

-12-
n-butilacetat	50 g
ksilen	50 g
Additol® XL 186 (Cytec Industries inc.)	32 g
Desmodur® N 75 (Bayer MaterialScience AG)	112 g

Rumeno pigmentno pasto, pripravljeno kot je predhodno opisano, počasi vdelamo v Alubright 3100 in Desmophen® A 365; 4-hidroksi-4-metilpentan-2-on, n-butilacetat, ksilen, Additol® XL 186 in ΒΥΚ® 410 dodajamo ob konstantnem dispergiranju. Tik pred nanašanjem dodamo Desmodur® N 75 in primerno razredčeno zmes takoj uporabimo.

Premazni sestavek, pripravljen na tak način, lahko nanašamo po postopku tračnega nanašanja (coil coating) ali z razpršilnim nanašanjem.

Pri pravilnem nanašanju s postopkom razpršilnega nanašanja ima tako pripravljen premaz debelino 10 to 100 pm na jekleni podlagi oprijemnost (adhezijo) GtO (ISO 2409) in njena spektralna selektivnost je označena z a_s = 0,50 in e_T= 0,25 in C* = 34,64. Odsevnost spektra v UV-Vis-NIR-IR regiji se da videti na Skici 2, oznaka A; tega premaza se ne da uporabiti za zbiranje sončne toplotne energije.

PRIMER 2

Rumen večplastni premaz z nizko sončno absorptivnostjo in visoko toplotno emisivnostjo

Prozoren vrhnji premaz najprej pripravimo s pomešanjem:

Lumiflon- LF 200 (Asahi Glass Co., Ltd.) (gramov) 107,8 g

Desmodur® N 75 (Bayer MaterialScience AG) 25,5 g

Tik pred nanašanjem dodamo Desmodur® N 75 k Lumiflonu in primerno razredčeno zmes takoj uporabimo.

-13Pri pravilnem nanosu premaza z razpršilno metodo na premaz, narejen kot je navedeno v Primeru 1, v primerni debelini med 1 in 80 pm na jekleni podlagi, smo dobili rumen večplastni premaz z nizko sončno absorptivnostjo in visoko toplotno emisivnostjo in njegova spektralna selektivnost je navedena kot a_s = 0,51 v βγ = 0,88 in C* = 32,95. Z nanosom vrhnjega premaza se je toplotna emisivnost približala 1, kar je omogočilo, da oddaja površina več energije s povečanim sevanjem v toplotni IR, kot tista brez vrhnjega premaza. Stagnacijska temperatura je zato nižja. Odsevnostni spektri v UV-Vis-NIR-IR regiji so vidni na Skici 2, oznaka B; ta večplastni premaz se da uporabiti kot hladna barva, da preprečimo pregretje soncu izpostavljenih premazanih površin.

PRIMER 3

Svetlomoder TISS premaz z nizko «s in nizko θτ

Premazni sestavek in barvane vzorce pripravimo v skladu s Primerom 1, le s to spremembo, da namesto Bayferrox 3920 uporabimo enako množino Heliogen® Blau L 6700 F za premazni pripravek.

Pri pravilnem nanašanju s postopkom razpršilnega nanašanja ima tako pripravljen premaz debelino 10 to 100 pm na jekleni podlagi oprijemnost (adhezijo) GtO (ISO 2409) in njena spektralna selektivnost je označena z as = 0,65 in e_T= 0,25 in C* = 38,78. Odsevnost spektra v UV-Vis-NIR-IR regiji se da videti na Skici 3, oznaka C; tega premaza se ne da uporabiti za zbiranje sončne toplotne energije v neglaziranih zbiralnikih, ker ima nižjo učinkovitost kot običajna črna barva.

PRIMER 4

Svetlomoder večplastni premaz z nizko sončno absorptivnostjo in visoko toplotno emisivnostjo

Vrhnji premaz smo pripravili, kot je opisano v Primeru 2. Pri pravilnem nanosu premaza z razpršilno metodo na premaz, narejen kot je navedeno v Primeru 3, v

-14primerni debelini med 1 in 80 pm na jekleni podlagi, smo dobili svetlomoder večplastni premaz z nizko sončno absorptivnostjo in visoko toplotno emisivnostjo in njegova spektralna selektivnost je navedena kot as = 0,51 in e_T = 0.87 in C* = 34,65. Z nanosom vrhnjega premaza seje toplotna emisivnost približala 1, kar je omogočilo, da oddaja površina več energije s povečanim sevanjem v toplotni IR, kot tista brez vrhnjega premaza. Stagnacijska temperatura je zato nižja. Odsevnostni spektri v UVVis-NIR-IR regiji so vidni na Skici 3, oznaka D; ta večplastni premaz se da uporabiti kot hladna barva, da preprečimo pregretje soncu izpostavljenih premazanih površin.

PRIMER 5

Zelen TISS premaz z nizko a_s in nizko θτ

Zeleno pigmentno pasto smo najprej pripravili iz naslednjih sestavin:

Ksilen 265,80 g

Dysperbyk 161 43,94 g

PK4047 (Ferro) 395,27 g

Lumiflon 200 (Asahi Glass Co) 161,77 g n-butilacetat 133,23 g

Pigment postopoma dodajamo k raztopini Lumiflon 200 in Disperbyk 161 v ksilenu ob kontinuirnem dispergiranju. Po končanem dodajanju nadaljujemo z dispergiranjem nadaljnjih 15 minut, nato pa dodajamo Bentone® SD-2 ob konstantnem dispergiranju ter dispergiranje nadaljujemo nadaljnjih 15 minut. Dobljeno disperzijo meljemo v mlinu za pesek s približno ~ 3000 obratov/minuto (RPM) do velikosti delcev < 1 pm (ISO 1524). Ob konstantnem dispergiranju dodamo n-butilacetat.

-15Zeleni TISS premaz naredimo s pomešanjem naslednjih sestavin:

% zelena pigmentna pasta narejena kot je prej opisano 19,5 g

Alubright 3100 (Schlenk Metallic Pigments GmbH) 4, g

ΒΥΚ® 410 (ΒΥΚ-Chemie GmbH) 0,12 g

4-hidroksi-4-metilpentan-2-on 0,6 g

3,875

Lumiflon 200 (Asahi Glass Co) g /7-butilacetat 2,75 g ksilen 2,5 g

Desmodur® N 75 (Bayer MaterialScience AG) 1,3 g

Zeleno pigmentno pasto, narejeno kot je prej opisano, počasi vdelamo v Alubright 3100 in Lumiflon LF 200, ter dodajamo ob konstantnem dispergiranju n-butilacetat, ksilen in ΒΥΚ® 410. Tik pred nanašanjem dodamo Desmodur® N 75, zmes primerno razredčimo ter takoj uporabimo.

Tako pripravljen sestavek lahko primerno razredčen nanesemo s postopkom tračnega nanašanja (coil coating) ali po postopku z razpršilnim nanašanjem.

Pri primernem nanosu s 30 pm ročnim premazom je pri tako pripravljenem premazu z debelino 10 do 100 pm na jekleni podlagi njegova spektralna selektivnost označena kot as = 0.67 in θτ= 0.40. Odsevnostni spekter v UV-Vis-NIR-IR regiji je razviden iz Skice 4, oznaka E; ta premaz se ne da uporabiti za zbiranje sončne toplotne energije.

PRIMER 6

Poskus priprave zelenega TISS premaza z nizko »s in visok e_T

-16Zelen TISS premaz bogat na smoli naredimo s pomešanjem naslednjih sestavin:

% zelena pigmentna pasta narejena, kot je prej opisano 19,5 g

Alubright 3100 (Schlenk Metallic Pigments GmbH) 4,5 g

ΒΥΚ® 410 (ΒΥΚ-Chemie GmbH) 0,12 g

4-hidroksi-4-metilpentan-2-on 0,6 g

Lumiflon 200 (Asahi Glass Co) 12 g n-butilacetat 2,75 g ksilen 2,5 g

Desmodur® N 75 (Bayer MaterialScience AG) 4,6 g

Zeleno pigmentno pasto, narejeno kot je opisano v Primeru 5, počasi vdelamo v Alubright 3100 in Lumiflon LF 200, ter dodajamo ob konstantnem dispergiranju nbutilacetat, ksilen in ΒΥΚ® 410. Tik pred nanašanjem dodamo Desmodur® N 75, zmes primerno razredčimo ter takoj uporabimo.

Tako pripravljen sestavek lahko primerno razredčen nanesemo s postopkom tračnega nanašanja (coil coating) ali po postopku z razpršilnim nanašanjem.

Pri primernem nanosu z ročnim premazom je pri tako pripravljenem premazu z debelino 10 do 100 pm na jekleni podlagi njegova spektralna selektivnost označena kot as = 0.687 in e_T= 0.46. Odsevnostni spekter v UV-Vis-NIR-IR regiji je razviden iz Skice 4, oznaka F; ta premaz se ne da uporabiti za zbiranje sončne toplotne energije in tudi ne more biti obravnavan kot hladna barva. Zelo visoke vrednosti toplotne emisivnosti se ne da doseči z enostavnim dodatkom presežnega veziva v TISS premaz.

-17PRIMER 7

Zelen večplastni premaz z nizko sončno absorptivnostjo in visoko toplotno emisivnostjo

Vrhnji premaz smo pripravili kot je opisano v Primeru 2. Pri primernem nanosu s postopkom razpršilnega nanašanja na premaz, kot je naveden v Primeru 5, v primerni debelini 1 do 80 pm na jekleno podlago, smo dobili svetlomoder večplastni premaz z nizko sončno absorptivnostjo in visoko toplotno emisivnostjo in njegova spektralna selektivnost je označena z a_s = 0,64 in βτ= 0,89. Z nanosom vrhnjega premaza se je toplotna emisivnost približala 1, kar je omogočilo, da je površina oddajala več energije s povečanim sevanjem v toplotnem IR, kot pa taka brez vrhnjega premaza. Stagnacijska temperatura je zato nižja. Odsevnostni spekter v UV-Vis-NIR-IR regiji je razviden iz Skice 5, oznaka G; ta večplastni premaz lahko uporabimo kot hladno barvo, da preprečimo pregrevanje soncu izpostavljenih barvanih površin.

Barvni večplastni premaz z nizko vrednostjo za sončno absorptivnost in visoko vrednostjo za toplotno emisivnost po izumu, kjer je nizka sončna absorptivnost nižja kot as = 0,85 in visoka toplotna emisivnost višja od er = 0,85, je značilen po tem, da je pripravljen z dvema, zaporednima stopnjama nanašanja TISS premazov z nizko sončno absorptivnostjo in nizko toplotno emisivnostjo kot prve plasti, ki je v stiku s podlago, in prozornega vrhnjega premaza z visoko toplotno emisivnostjo kot druge plasti. Prvo plast pripravimo z uporabo barvil z NIR odsevnostjo ali NIR prozornostjo, v množini 0,5 do 80 % mas./mas. suhe snovi na celoten pripravek; in z uporabo kovinskih ali metaliziranih lusk, v koncentraciji 0,1 do 60 % mas./mas. suhe snovi na celoten pripravek; in z uporabo veziva v koncentraciji 10 do 80 % mas./mas. suhe snovi na celoten pripravek; in z uporabo aditivov v koncentraciji 0.01 do 60 % mas./mas. suhe snovi na celoten pripravek; in z uporabo topil za njihovo pripravo. Uporabljena barvila so izbrana izmed: skupine topnih barvil, ki obsegajo kisla barvila, substantivna barvila, bazična barvila, razvita barvila, žveplova barvila, anilinska barvila in zapon barvila; skupine organskih pigmentov, ki obsegajo azo pigmente, izbrane izmed pigmentov: monoazo, diazo kondenzacijskih, beta-naftola, naftola AS,

-18lakiranega azo, benzimidazolona, azometina, azometin-azo, izoindolinona in izoindolin ftalocianina, kinakridona, perilena in perinona, tioindiga, antrakinona, antrapirimidina, flavantrona, pirantrona, antantrona, dioksazina, triarilkarbonija, kinoftalona, diketopirolopirola; in skupine anorganskih pigmentov, ki obsegajo kovinske okside in hidrokside titana, vanadija, kroma, mangana, železa, kobalta, niklja, bakra, kadmija, bizmuta, antimona, cinka, kositra, svinca, aluminija, njihovih zmesi, in mešanih oksidov rutilnega in spinelnega tipa. Uporabljene kovinske ali metalizirane luske imajo povprečen premer večji od 10 pm in so izbrane iz skupin, ki obstajajo iz: lusk iz aluminija, bakra, nerjavnega jekla, metaliziranih borosilikatnih lusk, metaliziranih sljudnih lusk. Uporabljeno vezivo je izbrano izmed organskih smol, ki obsegajo akrilate, metakrilate, stiren-akrilate, stiren-metakrilate, substituirane poliolefine, polistiren in stirenske kopolimere, alkidne smole, nasičene ali nenasičene poliestre ali poliamide, poliimide, poliuretane, polietre, epoksi smole, silikone, klorosulfoniran polietilen, fluorirane polimere, fluorirane akrilne kopolimere ali fluorosilikone, vinilpirolidon-vinilacetatne kopolimere, polivinilpirolidon, poliizopropilakrilat, poliuretane, voskaste disperzije na osnovi polietilena, polipropilena, in njihove zmesi. Prozorni vrhnji premaz ima visoko toplotno emisivnost in je nanesen kot druga plast pri pripravi barvnega večplastnega izdelka z uporabo izredno trajnih smolnih veziv, premreževalnih sredstev in aditivov za njihovo pripravo, nanesenih v zadostni debelini, da toplotna emisivnost barvnega večplastnega premaza preseže 0,85.

Premazi so značilni po njihovem nanosu na podlago, ki je izbrana vendar ne omejena na kovinsko pločevino/folijo narejeno iz jekla, pocinkanega jekla, pocinkanega in aluminiziranega jekla, pocinjenega jekla, nerjavnega jekla, bakra, aluminija in njihovih zlitin; podlaga je lahko tudi polimeren material, beton in drugi gradbeni materiali.

Premazi so nanešeni s postopkom razpršilnega nanašanja ali s postopkom nanašanja na (kovinske) trakove, v debelini 1 do 150 pm in z nanosom vrhnjega premaza z visoko toplotno emisivnostjo v debelini 1 do 200 pm.

Claims (8)

1. PATENTNI ZAHTEVKI

   1. Barvni večplastni premaz nizko vrednostjo za sončno absorptivnost in visoko vrednostjo za toplotno emisivnost, pri čemer je sončna absorptivnost nižja od a_s = 0,85, visoka toplotna emisivnost pa je višja od e_T = 0,85, značilen po tem, da ga pripravimo z zaporednim, dvostopenjskim nanosom TISS premazov z nizko sončno absorptivnostjo in nizko toplotno emisivnostjo kot prve plasti, ki je v stiku s podlago, in prozornega vrhnjega premaza z visoko toplotno emisivnostjo kot druge plasti.
2. 2. Premaz po zahtevku 1, kjer je prva plast narejena z uporabo barvil z NIR odsevnostjo ali NIR prozornostjo, v množini 0,5 do 80 % mas./mas. suhe snovi na celotni pripravek; in z uporabo kovinskih ali metaliziranih lusk v koncentraciji 0,1 do 60 % mas./mas. suhe snovi na celotni pripravek; in z uporabo veziva v koncentraciji 10 do 80 % mas./mas. suhe snovi na celotni pripravek; in z uporabo aditivov v koncentraciji 0,01 do 60 % mas./mas. suhe snovi na celotni pripravek; in uporabo topil za njihovo pripravo.
3. 3. Premaz po zahtevku 2, kjer so uporabljena barvila izbrana izmed: skupine topnih barvil, ki obsegajo kisla barvila, substantivna barvila, bazična barvila, razvita barvila, žveplova barvila, anilinska barvila in zapon barvila; skupine organskih pigmentov, ki obsegajo azo pigmente, izbrane izmed pigmentov: monoazo, diazo kondenzacijskih, beta-naftola, naftola AS, lakiranega azo, benzimidazolona, azometina, azometin-azo, izoindolinona in izoindolin ftalocianina, kinakridona, perilena in perinona, tioindiga, antrakinona, antrapirimidina, flavantrona, pirantrona, antantrona, dioksazina, triarilkarbonija, kinoftalona, diketopirolopirola; in skupine anorganskih pigmentov, ki obsegajo kovinske okside in hidrokside titana, vanadija, kroma, mangana, železa, kobalta, niklja, bakra, kadmija, bizmuta, antimona, cinka, kositra, svinca, aluminija, njihovih zmesi, in mešanih oksidov rutilnega in spinelnega tipa.

   -204. Premaz po zahtevkih 2 do 3, kjer imajo uporabljene kovinske ali metalizirane luske povprečni premer večji od 10 pm in so izbrane iz skupin, ki obstajajo iz lusk iz aluminija, bakra, nerjavnega jekla, metaliziranega borosilikata, metalizirane sljude.
4. 5. Premaz po zahtevkih 2 do 4, kjer je uporabljeno vezivo izbrano izmed organskih smol, ki obsegajo: akrilate, metakrilate, stiren-akrilate, stirenmetakrilate izbrane izmed substituiranih poliolefinov izbranih izmed polistirenskih in stirenskih kopolimerov, alkidnih smol izbranih izmed nasičenih in nenasičenih poliestrov ali poliamidov, poliimidov, poliuretanov, polietrov, epoksi smol, silikonov, klorosulfoniranega polietilena, fluoriranih polimerov izbranih izmed fluoriranih akrilnih kopolimerov ali fluorosilikonov, vinilpirolidon-vinilacetatnih kopolimerov, polivinilpirolidona, poliizopropilakrilata, poliuretanov, voskastih disperzij na osnovi polietilena, polipropilena in njihove zmesi.
5. 6. Premaz po zahtevkih 1 do 5, kjer ima prozorni vrhnji premaz visoko toplotno emisivnost in ga nanesemo kot drugo plast pri pripravi barvnega večplastnega premaza, z uporabo zelo trajnih smolnih veziv, premreževalnih sredstev in aditivov za njihovo pripravo, nanesenih v zadostni debelini, tako da toplotna emisivnost barvnega večplastnega premaza presega 0,85.
6. 7. Premazi po zahtevkih 1 do 6, značilen po nanosu na podlago, ki je izbrana vendar ne omejena na kovinsko pločevino/folijo narejeno iz jekla, pocinkanega jekla, pocinkanega in aluminiziranega jekla, pocinjenega jekla, nerjavnega jekla, bakra, aluminija in njihovih zlitin; podlaga je lahko polimeren material, beton in drugi gradbeni materiali.
7. 8. Premaz po zahtevkih 1 do 7, značilen po nanosu s postopkom razpršilnega nanašanja.

   -219. Premaz po zahtevkih 1 do 7, značilen po nanosu s postopkom tračnega nanašanja (coil coating).
8. 10. Premaz po zahtevkih 1 do 9, značilen po nanosu TISS z nizko sončno absorptivnostjo in nizko toplotno emisivnostjo v debelini 1 do 150 pm in z nanosom vrhnjega premaza z visoko toplotno emisivnostjo v debelini 1 do 200 pm.