WO2007059883A1 - Reflektor mit einer schutzschicht aus sol-gel-lack - Google Patents

Reflektor mit einer schutzschicht aus sol-gel-lack Download PDF

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WO2007059883A1
WO2007059883A1 PCT/EP2006/010935 EP2006010935W WO2007059883A1 WO 2007059883 A1 WO2007059883 A1 WO 2007059883A1 EP 2006010935 W EP2006010935 W EP 2006010935W WO 2007059883 A1 WO2007059883 A1 WO 2007059883A1
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reflector
layer
solution
aluminum
sol
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PCT/EP2006/010935
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English (en)
French (fr)
Inventor
Volkmar Gillich
Roman Fuchs
Original Assignee
Alcan Technology & Management Ltd.
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Publication date
Application filed by Alcan Technology & Management Ltd. filed Critical Alcan Technology & Management Ltd.
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G02B1/18—Coatings for keeping optical surfaces clean, e.g. hydrophobic or photo-catalytic films
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/08—Mirrors
    • G02B5/0808—Mirrors having a single reflecting layer

Definitions

  • the present invention relates to a weather and corrosion resistant electromagnetic radiation reflector, in particular to infrared radiation, visible light and ultraviolet radiation, having high total reflection, comprising a reflector body of aluminum or an aluminum alloy having a reflective surface or containing a reflector body with a reflective one Surface-forming reflective layer of aluminum or an aluminum alloy, wherein the reflector contains an outer, final transparent protective layer of a sol-gel lacquer, and the sol-gel lacquer of a polysiloxane. Furthermore, the invention also relates to a method for producing a reflector according to the invention.
  • tapes in glazing materials e.g. Pure aluminum, high purity aluminum or AlMg alloys based on aluminum with a purity of 99,5% and greater, such as e.g. 99.8%, which produce diffuse or directed light reflection depending on the application, and to coat these with a so-called sol-gel varnish.
  • Suitable sol-gel coatings form a transparent protective layer, which protects the underlying reflective surface from mechanical or chemical influences and thereby ensures a long life of the reflector at high reflection values.
  • Particularly suitable sol-gel coatings are also weather-resistant and are therefore well suited for outdoor use.
  • the transparent protective layer is in particular a clear, colorless, transparent protective layer.
  • WO 2001/86327 describes such a weatherproof and corrosion-resistant reflector comprising a reflector body made of aluminum or an aluminum alloy with a reflective surface, wherein the reflector is an outer, final transparent protective layer of a sol-gel lacquer with a thickness of more than 1 has ⁇ m.
  • the sol-gel lacquer consists of a polysiloxane, which is prepared from an alcoholic silane solution and an aqueous colloidal silica solution.
  • Sol-gel paints are known to contain solvents and release in their processing vapors, which are harmful to health and easily flammable in the rule.
  • paint systems are required, which have a low health risk and have a higher flash point for safety reasons.
  • the use of such paint systems is even prescribed by regulations to an increasing extent.
  • the object of the present invention is therefore to propose a reflector coated with a sol-gel lacquer and a method for producing such a reflector, the lacquer system of which should be distinguished by the fact that it does not contain any harmful components or releases them during its processing at each processing step has a flash point of> 21 ° C.
  • the flash point is measured according to ISO 13736 or ASTM D6450.
  • the flash point can also be measured in accordance with DIN 53213, whereby here too the target value is> 21 ° C.
  • the polysiloxane is prepared by means of acid-catalyzed hydrolysis and condensation of a mixture of a solution A and an aqueous solution B, the solution A being a solution comprising a first and second alkoxysilane and a solvent which is miscible with the solution A, and the first alkoxysilane is a tetraethoxysilane (TEOS) and the second alkoxysilane is represented by the formula X n Si (OC 2 H 5 ) 4-n .
  • X describes an organic radical, in particular an alkyl.
  • n is a number from 0 to 3, preferably from 1 to 3.
  • the solution A expediently contains a miscible with this solvent, in particular a polar solvent such as alcohol or ethyl acetate.
  • a polar solvent such as alcohol or ethyl acetate.
  • an alcoholic solvent having a comparatively high boiling point such as, for example, a glycol or a glycol compound, such as ethylene glycol or buthoxyethanol, can be used.
  • the solution B may be an aqueous colloidal silica solution or acidified water or an acidic aqueous solution.
  • the pH of solution B is suitably lower 7.
  • the protective layer in the cured state has a thickness of at least 1 .mu.m, preferably at least 2 .mu.m, and of at most 20 .mu.m, preferably at most 10 .mu.m, in particular at most 5 .mu.m.
  • the reflective surface made of aluminum or an aluminum alloy preferably has a roughness Ra of less than 0.1 ⁇ m in accordance with DIN 4761 to 4768. Furthermore, the reflector has losses in the total reflection and in the gloss of less than 5% in accordance with 2000h QUV test according to ASTM G 53-96.
  • the reflective surface may be formed by a metallic reflective layer applied to the reflector body, or preferably by the reflector body surface itself.
  • the reflector body consists of or has at least one free surface, in particular a coating, of a metal, in particular aluminum or an aluminum niumlegtechnik, such as aluminum with a purity of 98.3% and higher, on.
  • the reflector body consists of or has at least one free surface, in particular a coating, advantageously of aluminum with a purity of 99.0% and higher, sometimes with a purity of 99.5% and higher, but preferably with a purity of 99, 7% and higher, and in particular of 99.8% and higher.
  • aluminum alloys can be preferably used.
  • Preferred alloys are those of the classes AA 1000, AA 3000 and AA 5000.
  • alloys contain for example 0.25 to 5 wt.%, In particular 0.5 to 4 wt.%, Magnesium or contain 0.2 to 2 wt Manganese or contain 0.5 to 5 wt .-% magnesium and 0.2 to 2 wt .-% manganese, in particular 1 wt .-% magnesium and 0.5 wt .-% manganese or contain 0.1 to 12 wt .-%, preferably 0.1 to 5 wt%, copper or contain 0.5 to 6 wt .-% zinc and 0.5 to 5 wt .-% magnesium or contain 0.5 to 6 wt.
  • % of zinc 0.5 to 5% by weight of magnesium and 0.5 to 5% by weight of copper or contain 0.5 to 2% by weight of iron and 0.2 to 2% by weight of manganese, in particular 1, 5 wt .-% iron and 0.4 wt .-% manganese or AlMgSi alloys or AIFeSi alloys.
  • AlMgCu alloys such as Al99.85 MgO, 8Cu or AlMg alloys, such as AIMgI, or AlFeMn alloys such as AIFeMnI, 5.
  • the reflector body is preferably a rolled product and in particular a rolled sheet, or strip, a rolled foil or plate of rollable aluminum or a rollable aluminum alloy.
  • the reflector body as a rolled product may optionally be e.g. be formed by bending, deep drawing, cold extrusion and the like.
  • a reflector body all spatial structures containing at least one free O ber Structure of an aforementioned aluminum or one of the aforementioned aluminum alloys or which consist entirely of it, are used. It may also consist only partial areas or limited surface areas of the reflector body of the aforementioned aluminum materials or aluminum alloys. Furthermore, the mentioned spatial structures can be profiles or bars.
  • the reflector bodies may also be cast or forged parts made of aluminum or an aluminum alloy. Depending on the purpose, the entire reflector body may be made of aluminum or an aluminum alloy, but it may also consist only subregions or surface areas thereof.
  • the material of aluminum or aluminum alloy for example in the execution of a sheet, a film or plate or a coating, may also be part or partial surface of a composite, for example a composite film or laminate any materials, such as of plastics and aluminum, such as AI-coated plastic, or AI-coated iron or steel sheet.
  • the reflector body surface i. the aluminum surface of the reflector body may be obtained, for example, by chemical and / or mechanical modification, e.g. Rolling, forging, cold extrusion, pressing or casting are produced.
  • the reflection-effective surface of the reflector body can additionally undergo a subsequent treatment by grinding, polishing, blasting with hard materials, etc.
  • Preferred as a reflector body are sheets and strips, in particular rolled sheets and strips of aluminum or an aluminum alloy of the aforementioned nature and aluminum-coated iron or steel sheet having a thickness of for example 0.1 to 10 mm, preferably 1 to 4 mm, in particular 0, 2 to 1, 5 mm and particularly preferably 0.3 to 1 mm, wherein the aluminum coating is also an aluminum or an aluminum alloy of the aforementioned nature.
  • An example is an aluminum sheet Al 99.5 (purity 99.5%) of the thickness of 0.5 mm.
  • the surface of the reflector body, or the reflective surface may be pretreated and have, for example, a pretreatment layer.
  • the pretreatment layer can be, for example, a layer produced by chromating, phosphating or by anodic oxidation.
  • the pretreatment layer is preferably made of anodized aluminum and is produced in particular directly from the aluminum lying on the surface of the reflector body.
  • the pretreatment layer may have a thickness of, for example, at least 10 nm, preferably at least 20 nm, in particular at least 50 nm, and advantageously at least 100 nm.
  • the maximum thickness of the pretreatment layer is, for example, 5000 nm, preferably 1500 nm and in particular 300 nm.
  • the pretreatment layer is preferably an anodically produced oxide layer which has been built up in a non-dissolving and preferably in a dissolving electrolyte.
  • the pretreatment layer is preferably a porous, anodically produced oxide layer.
  • the anodization preferably takes place in an acidic electrolyte from the series of phosphoric acid, citric acid, tartaric acid, chromic acid electrolytes and in particular from the series of sulfuric acid electrolytes.
  • the anodization takes place in alternating and preferably in the DC method. It's piece anodizing, as well as band anodizing possible.
  • the anodized oxide layer can also be a sealing resp. Be subjected to compaction treatment.
  • the said oxide layer is preferably not densified.
  • the pretreatment layer may also include a yellow chromating layer, a green chromating layer, a phosphate layer or a chromium-free pretreatment layer grown in an electrolyte containing at least one of Ti, Zr, F, Mo or Mn.
  • the aluminum surface may be bleached for pretreatment in a chemical or electrochemical process or subjected to an alkaline pickling process. Such dishing or pickling processes are performed before anodizing.
  • the reflector surface is expediently degreased and cleaned.
  • the pretreatment may also involve merely degreasing and cleaning the reflector surface.
  • the cleaning of the surface may be carried out in a manner known per se, e.g. chemical and / or electrochemical and acidic or alkaline. Its purpose is the removal of foreign substances and possibly the naturally occurring oxide layer on the aluminum surface.
  • cleaning agents are suitable, e.g. acidic, aqueous degreasing agents, alkaline degreasing agents based on polyphosphate and borate.
  • a cleaning with moderate to heavy material removal forms the pickling or etching by means of strong alkaline or acid pickling solutions, such.
  • Sodium hydroxide solution or a mixture of nitric acid and hydrofluoric acid In this case, the existing oxide layer is removed together with its impurities.
  • an acid aftertreatment may be necessary for strongly attacking alkaline pickling.
  • a mechanical surface removal by abrasive means is necessary. Such surface pretreatment can be done for example by grinding, blasting, brushing or polishing and optionally supplemented by a chemical aftertreatment.
  • a pretreatment layer is applied to an aluminum strip in a strip process.
  • An aluminum strip Al 99.85, Ra 0.04 ⁇ m
  • An aluminum strip with a width of 500 mm and a thickness of 0.3 mm is continuously anodized at about 40 m / min.
  • the following stages were run through (baths passed through): a) degreasing at a pH of 9-9.5, at about 50 ° C.
  • the protective layer or further layers can be applied to the pretreatment layer.
  • the tape is advantageously not until after the completion of the coating, i. after coating with the protective layer, divided into strips of desired size and shape.
  • the reflective surface has a roughness Ra of expediently less than 0.1 ⁇ m, preferably less than 0.05 ⁇ m and in particular less than 0.02 ⁇ m.
  • the surface roughness Ra is defined in at least one of DIN Regulations 4761 to 4768.
  • the surface of the reflector body may be smooth or structured and, for example, a light-conducting structure in the form of e.g. a rib pattern with yakförmi- have cross-section.
  • the structuring may e.g. be generated via a roller with a corresponding embossing pattern.
  • the surface of the reflector body may be such in terms of texture or roughness that the reflection of the radiation is directed, scattered, or a combination thereof.
  • the aforesaid roughness Ra of structured surfaces is intended to refer to the individual faces of the surface structure, i.
  • the structuring itself should by analogy not be included in the determination of the roughness.
  • a reflecting surface forming reflective layer of a metal such as e.g. a layer of aluminum, silver, copper, gold, chromium, nickel or of an alloy, for example containing predominantly at least one of the said metals, be applied.
  • the thickness of the reflection layer may be, for example, 10 to 200 nm (nanometers).
  • a functional layer in the embodiment of an organic or inorganic sol-gel layer can be applied to the reflector body or to its pretreatment layer for leveling the surface roughness.
  • the reflective layer comes directly or via an adhesive layer to lie on the functional layer. The nature of the functional layer is described in detail in EP 918 236 A1.
  • the reflective layer may further be part of a reflective layer system, wherein the reflective layer system includes one or more transparent layers coated on the reflective layer.
  • the reflective layer system includes one or more transparent layers coated on the reflective layer.
  • 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10 transparent Layers - counted without the protective layer - advantageously satisfy the formula ⁇ / 2 for each layer with respect to the optical thickness, with each of these transparent layers in particular being a double layer of 2 layers each having a thickness ⁇ / 4.
  • the optical thickness of each transparent layer having the formula ⁇ / 2 may vary by ⁇ 40 nm.
  • a transparent layer or more preferably two, three or more transparent layers which may be made of identical or different materials, each of the transparent layers having an optical thickness of ⁇ / 2 ⁇ 40 nm and in particular a double layer of thickness 2.
  • the protective layer which in turn is also transparent, is arranged, ⁇ corresponds to the intensity maximum of the wavelength of the reflected electromagnetic radiation.
  • the materials of the transparent layers of the reflective layer system consist of or contain, for example, oxides, nitrides, fluorides, sulfides, etc. of alkali metals, eg Li, Na, K, alkaline earth metals, eg Mg, Ca, Sr, Ba, semi-metals, such as Si, transition metals, eg Sc, Ti, V, Cr 1 Mn, Fe, Co, Ni, Y, Zr, Nb, Mo, Te, Ru 1 Rh, Pd, Hf, Ta, W 1 Re, Os, Ir, Pt, lanthanides For example, La, Ce 1 Pr, Nd 1 Pm 1 Dy, Yb, Lu, etc.
  • alkali metals eg Li, Na, K
  • alkaline earth metals eg Mg, Ca, Sr, Ba
  • semi-metals such as Si, transition metals, eg Sc, Ti, V, Cr 1 Mn, Fe, Co, Ni, Y, Zr, Nb,
  • SiO x where x is 1, 1 to 2.0, and preferably 1, 8, Al 2 O 3 , MgF 2 , TiO 2 , B 2 O 3 , Be oxide, ZnO, SnO 2 , indium tin oxide (ITO), CdS, CdTe and hafnium and zirconium oxides.
  • x is 1, 1 to 2.0, and preferably 1, 8, Al 2 O 3 , MgF 2 , TiO 2 , B 2 O 3 , Be oxide, ZnO, SnO 2 , indium tin oxide (ITO), CdS, CdTe and hafnium and zirconium oxides.
  • ITO indium tin oxide
  • CdS CdTe
  • hafnium and zirconium oxides indium tin oxide
  • All or individual layers of the reflection layer system as well as the reflection layer can be produced, for example, by gas or vapor phase deposition in vacuo (physical vapor deposition, PVD), by thermal evaporation, by electron beam evaporation, with and without ion support, by sputtering, in particular by magnetron sputtering. by plasma polymerization or by chemical vapor deposition (CVD) with and without plasma support, on the reflector body, respectively. on a pre-treatment layer located thereon.
  • Other methods of application are coating or dipping processes of solutions prepared in the sol-gel process with subsequent drying, flame-pyrolytic processes or flame coating by means of SiO 2 . Two or more methods can also be combined.
  • PVD layers can be supplemented by a flame coating with SiO 2 .
  • the mentioned reflection layer systems are described in detail, for example, in EP 918 236 A1.
  • the protective layer of polysiloxane is suitably on the reflector body surface, the pretreatment layer or optionally on the reflective layer or on a Reflective layer system applied sol-gel lacquer, which is prepared by a sol-gel process ren.
  • the polysiloxane is produced by a condensation reaction between hydrolyzed and crosslinkable silanes, in particular alkoxysilanes, and, if present, colloidal silica.
  • the condensation reaction between hydrolyzed alkoxysilanes with one another and hydrolyzed alkoxysilanes and, if present, colloidal silica leads to the formation of an inorganic network of polysiloxanes.
  • organic groups in particular alkyl groups or simple alkyl groups or methyl groups, are incorporated into the inorganic network via carbon bonds.
  • the organic groups, or the alkyl groups do not participate directly in the polymerization or crosslinking of the siloxanes, i. they do not serve to form an organic polymer system but merely for functionalization.
  • the polysiloxanes obtained are therefore more attributable to the inorganic polymers.
  • the solution A is preferably an alcoholic solution of tetraethoxysilane (TEOS) and a second alkoxysilane of the formula X n Si (OC 2 Hs) 4-H , in particular methyltriethoxysilane (MTEOS).
  • TEOS tetraethoxysilane
  • MTEOS methyltriethoxysilane
  • the solution A may contain further alkoxysilanes, but preferably contains exclusively the two aforementioned alkoxysilanes TEOS and MTEOS. If solution A contains further alkoxysilanes, their alkoxy groups are preferably not methoxy. When using alkoxysilanes with methoxy groups, such as.
  • MTMOS methyltrimethoxysilane
  • methanols are released during the hydrolysis, which produce harmful vapors that are undesirable in the solvent processing industry, or no longer permitted by law. Furthermore, methanol have a relatively low flash point.
  • alkoxysilanes with ethoxy groups release no hazardous alcohols during the hydrolysis and are therefore harmless.
  • the alkoxysilanes of solution A are present in an anhydrous medium in non-hydrolyzed form.
  • the solvent is preferably an alcohol with a relatively high boiling point, such as.
  • ethylene glycol or 2-buthoxyethanol be.
  • Solution B preferably contains colloidal silica dissolved in water.
  • the solution B is adjusted by means of acid, preferably by means of nitric acid (HNO 3 ), to a pH of between 2.0 and 3.0, preferably between 2.3 and 2.7, and in particular about 2.5.
  • acid preferably by means of nitric acid (HNO 3 )
  • HNO 3 nitric acid
  • the silicic acid used is expediently a silicic acid stabilized in an acidic medium, the pH of the silicic acid advantageously being 2 to 3.
  • the silicic acid is advantageously as low in alkali as possible.
  • the alkali content (eg Na 2 O) of the silica is preferably below 0.04% by weight.
  • the solution B is expediently adjusted by means of nitric acid (HNO 3 ) to a pH of between 2.0 and 3.0, preferably between 2.3 and 2.7, and in particular of 2.5.
  • HNO 3 nitric acid
  • a preferred silica solution for example, by the company Nissan Chemical Industries Ltd. distributed with the product name "SNOWTEX ® O".
  • silica solution for example, by the company Nissan Chemical Industries Ltd. distributed with the product name "SNOWTEX ® O”.
  • silica solution for example, by the company Nissan Chemical Industries Ltd. distributed with the product name "SNOWTEX ® O".
  • silicic acid solutions from other manufacturers, or comprising the same positive characteristics of "SNOWTEX ® O" even exceed them.
  • the solution B does not necessarily have to contain colloidal silica and z. B also be acidified water or an acidic aqueous solution with a pH of ⁇ 7.
  • colloidal silica makes it possible, inter alia, the optical determination of the ideal mixing ratio, since the latter is detectable in the use of colloidal silica and methanol as solvent by turbidity of the mixed solution.
  • the two solutions A and B are preferably mixed in a weight ratio of about 7.5: 2.5 parts. If the solution B is a solution of colloidal silica of the aforementioned type, the two solutions A and B are preferably mixed in a weight ratio of about 7: 3 parts.
  • the hydrolyzed mixture is added to increase the flash point in water, colloidal silica added.
  • colloidal silica serves the purpose of not the solid content of the mixture to sink.
  • water or acidified water can be added instead of colloidal silica only water or acidified water can be added.
  • aqueous, colloidal silica added to the mixture of solution A and B after completion of the hydrolysis reaction.
  • aqueous colloidal silica containing 20 to 30% by weight of SiO 2 , based on aqueous colloidal silica, to the mixture of solution A and B particularly preferred.
  • this aqueous colloidal silica may correspond to the composition of solution B. That is, an excess amount of solution B is provided which hydrolyzes intended amounts of solutions A and B, and after hydrolysis between solution A and B, a residual amount of solution B is added to the mixture of hydrolyzed solutions A and B as the aqueous colloidal silica added.
  • the sol-gel lacquer is expediently applied or deposited in gel form on the reflector body or on the corresponding surface and then subjected to a hardening and drying process.
  • a condensation reaction begins in which, with the elimination of water, a siloxane bond (Si-O-Si) is built up from two Si-OH groups in each case.
  • Progressive polymerization results in a network of polysiloxanes to which alkoxy groups are attached.
  • the drying process consists in expelling the water and alcohols remaining in the sol-gel lacquer, whereby the sol-gel lacquer cures and a weather-resistant and corrosion-resistant protective layer is formed on the reflector surface or the reflection layer.
  • the coating is conveniently carried out in a continuous process, by, for example, brushing, rolling, spinning, spraying dipping or dip coating.
  • Particularly preferred continuous coating methods are the band-pass method or band-coating method, also called coil-coating method.
  • the reflector coated with the sol-gel lacquer is expediently dried by means of radiation, such as UV radiation, electron radiation, laser radiation, or by heat radiation, such as IR radiation, or by convection heating or a combination of the aforementioned drying or curing processes. hardened.
  • the elevated temperature, measured on the reflector body, for drying or hardening of the sol-gel lacquer is expediently greater than 60 ° C., preferably greater than 150 ° C. and in particular greater than 200 ° C.
  • the elevated temperature is also suitably less than 400 0 C, preferably less than 350 0 C and in particular less than 300 °.
  • the elevated temperature is preferably between 250 ° C and 300 0 C.
  • peak metal temperature PMT
  • the elevated temperature may act on the body for 5 seconds to 2 minutes.
  • the sol-gel lacquer is dried or hardened for a time of preferably less than 90 seconds, in particular of less than 60 seconds, and preferably of more than 10 seconds, in particular of more than 30 seconds.
  • the drying times are more in the lower range of the specified residence times.
  • Convection heating can conveniently be effected by exposure to heated gases, such as air, nitrogen, noble gases or mixtures thereof.
  • heated gases such as air, nitrogen, noble gases or mixtures thereof.
  • the sol-gel coating is preferably dried in a continuous furnace.
  • the reflectors for example in the form of films, tapes or sheets, can also be formed after the application and drying of the protective layer.
  • the reflectors could e.g. be processed into parabolic troughs.
  • the deformation hardly leads to crack formation in the protective layer.
  • the reflectors according to the invention have a good protective effect against weathering, corrosion, mechanical degradation or abrasion or have a high scratch resistance. Chalking occurs virtually none. If colloidal silica is used in the preparation of the siloxanes, it is possible to produce larger layer thicknesses in the micrometer range, during which no crack formation, for example during the drying and curing process, occurs. due to volume contraction, arises.
  • the reflectors according to the invention allow the use of aluminum alloys, without these being used to achieve high gloss and total reflection values, e.g. must be clad or coated with pure or pure aluminum. In contrast to the reflectors made of pure or ultra-pure aluminum, however, the latter have much higher strengths, which is indispensable for a wide variety of applications.
  • the reflector has an overall reflection according to DIN 5036 3rd Part, in particular a total reflection in the visible and infrared wavelength range of greater than 75%, preferably greater than 80%, and in particular greater than 83%, on. If the reflector contains an additional reflection-enhancing layer system, the total reflection mentioned is more than 75%, preferably more than 85%, and in particular more than 90%.
  • the reflector generally has gloss values in the visible wavelength range according to DIN 67530 of more than 73%. If the aluminum surface of the reflector body is not previously shone, the reflector generally has gloss values in the visible wavelength range according to DIN 67530 of more than 63%.
  • the said total reflection and the gloss of the inventive reflector decreases, for example, after 3000 hours (hours) QUV test and in particular after 2000 h QUV test by less than 5%, and in particular by less than 2%.
  • the QUV test is an artificial weathering test for assessing the weather resistance of building components and their outdoor surfaces.
  • the QUV test was introduced in 1969 by the company "Q-Panel” and is today an internationally standardized test method.
  • the QUV test used in the present experiments was prepared according to the specifications of "Standard Practice for Operating Light and Water Exposure Apparatus (Fluorescent UV Condensation Type) for Exposure of Nonmetallic Materials” of the American Society for Testing and Materials ASTM G 53-96.
  • the reflector according to the invention has no signs of corrosion in the 1000 h "filiform corrosion test” according to DIN EN ISO 3665.
  • the decrease in total reflection and gloss in the 1000 hour “acetic acid salt spray test” according to DIN 50021 ESS is less than 5%, in particular less than 2%.
  • the reflectors according to the invention have a high surface hardness.
  • the sol-gel protective layer expediently has a hardness measured by the method "pencil method according to Wolf Wilburn” according to DIN 55350 part 18 of greater “F”, preferably of greater "H”, in particular of greater “2H” and advantageously of greater “3H "on, with greater in the sense of harder to understand.
  • sol-gel layer is characterized by excellent adhesion to the reflector body or to the overlying layers.
  • the inventive reflector can be produced thereby, the reflective surface of aluminum or an aluminum alloy has a roughness Ra of less than 0.1 microns according to DIN 4761 to 4768 and the reflector has an outermost, final transparent protective layer of a polymer having a thickness greater than 1 contains ⁇ m and the protective layer is applied to the reflective surface, the pretreatment layer or the reflective layer system in a continuous coil coating process and the protective layer of the reflector is dried and cured in a continuous oven.
  • the belt coating speed in a belt pass process is around 30 m / min.
  • the reflector body is preferably dried in a continuous furnace under the action of heat radiation and / or convection heat, preferably under the action of heated gases.
  • the coating is conveniently carried out at room temperature, for example at 10 - 30 0 C, in particular at 15 - 25 0 C.
  • the present invention also encompasses the use of reflectors according to the invention as reflectors for solar or artificial light and infrared radiation and as light-guiding elements for solar or artificial light.
  • the reflectors according to the invention are suitable, for example, as reflectors or light-guiding elements in lighting and luminaire technology, such as reflectors in VDU workstation luminaires, primary luminaires, secondary luminaires, louvre luminaires, illuminated ceilings or as Lichtumlenklamellen.
  • the reflectors according to the invention can be used in solar technology as solar reflectors, e.g. in solar thermal technology, as solar booster in the field of photovoltaics, in solar power plants, as light-concentrating solar panels, in solar cookers or solar ovens, are used.
  • the reflectors according to the invention can be used as light, unbreakable and optionally heatable mirrors for vehicles or as headlamp reflectors.
  • the said reflectors can also be used as facade elements with reflective properties or with gloss properties.
  • the high-gloss or matt-gloss aluminum surfaces, for example, are sealed corrosion-resistant thanks to the protective layer according to the invention.
  • Solution A contains:
  • Solution B (alternative 1) contains: 248 g of water
  • Solution B (Alternative 2) contains:
  • a base solution A as described above, is added with stirring a solution B in the abovementioned proportions. Solutions A and B are transferred under continuous stirring to a mixed solution, with reaction-induced release of heat.
  • the mixed solution is stirred for a certain time, for example during 1 h (hour) to 10 h, preferably for 4 to 8 h, in particular during about 6 h, and cools down. Thereafter, the mixed solution is filtered. Upon completion of the hydrolysis reaction and prior to filtering, aqueous mixture of colloidal silica or water may be added to the mixture to increase the flash point.
  • Filtration serves to retain larger particles, e.g. Agglomerations of colloidal silica.
  • the pore diameter or the mesh size of the filter depends on the desired layer thickness, since particles with a larger diameter than the desired layer thickness affect the surface quality of the protective layer.
  • the filtration can be done for example by means of polypropylene filter with a mesh size of 1 micron.
  • the mixed solution is preferably maintained at a pH of 2-3, preferably from 2.3 to 2.7, and more preferably 2.5.
  • the pH is adjusted by means of acid, preferably by means of nitric acid.
  • the sol-gel lacquer After its preparation and before application to the reflector body, the sol-gel lacquer is preferably heated for a few minutes to several hours, preferably between 1 and 24 hours, in particular between 12 and 22 hours and particularly preferably for about 17 hours quiet.
  • the element analysis of the cured sol-gel lacquer using XPS detects, among other things, the elements oxygen, silicon and about 3 - 20% (atomic percent) of carbon. If the mixed solution is additionally diluted, the proportion of carbon is rather low at around 3%. However, if the mixed solution is not diluted, the proportion is rather higher, at about 7%.
  • the construction of a reflector according to the invention is illustrated by way of example with reference to FIG. 1, which shows a cross-sectional view through a reflector according to the invention.
  • the reflector (1) consists of a reflector body (2), which is a rolled product of aluminum with a purity of greater than 99.8%.
  • the surface of the reflector body (2) is degreased and provided with a pretreatment layer (3).
  • the pretreatment layer (3) is an anodically produced oxide layer with a thickness of 300-500 nm.
  • a sol-gel lacquer layer (4) of 3 ⁇ m thickness made of polysiloxanes is applied to the pretreatment layer.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Witterungs- und korrosionsbeständiger Reflektor (1) für elektromagnetische Strahlung, insbesondere für Infrarot-Strahlung, sichtbares Licht und Ultra-violett-Strahlung, mit hoher Gesamtreflexion, enthaltend einen Reflektorkörper (2) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit einer reflektierenden Oberfläche oder enthaltend einen Reflektorkörper mit einer eine reflektierende Oberfläche ausbildenden Reflexionsschicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, wobei der Reflektor (1) eine aussen liegende, abschliessende transparente Schutzschicht (4) aus einem Sol-Gel-Lack enthält, und der Sol-Gel-Lack aus einem Polysiloxan ist. Der Reflektor zeichnet sich dadurch aus, dass das Polysiloxan mittels säurekatalysierte Hydrolyse und Kondensation eines Gemischs aus einer Lösung A und einer wässrigen Lösung B hergestellt ist, wobei die Lösung A eine alkoholische Lösung mit einem ersten und zweiten Alkoxysilan ist und das erste Alkoxysilan ein Tetraethoxysilan (TEOS) und das zweite Alkoxysilan durch die Formel XnSi(OC2H5)4-n beschrieben wird.

Description

REFLEKTOR MIT EINER SCHUTZSCHICHT AUS SOL-GEL-LACK
Vorliegende Erfindung betrifft einen Witterungs- und korrosionsbeständigen Reflektor für elektromagnetische Strahlung, insbesondere für Infrarot-Strahlung, sichtbares Licht und Ultraviolett-Strahlung, mit hoher Gesamtreflexion, enthaltend einen Reflektorkörper aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit einer reflektierenden Oberfläche oder enthaltend einen Reflektorkörper mit einer eine reflektierende Oberfläche ausbildenden Reflexionsschicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, wobei der Reflektor eine aussen liegende, abschliessende transparente Schutzschicht aus einem Sol-Gel-Lack enthält, und der Sol-Gel-Lack aus einem Polysiloxan ist. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Ver- fahren zur Herstellung eines erfindungsgemässen Reflektors.
Es ist allgemein bekannt, Bänder in Glänzwerkstoffen, z.B. Reinaluminium, Reinstaluminium oder AlMg-Legierungen auf Basis von Aluminium mit einem Reinheitsgrad von 99,5% und grösser, wie z.B. 99,8%, die je nach Anwendung diffuse oder gerichtete Lichtreflexion erzeugen, herzustellen und diese mit einem sogenannten Sol-Gel-Lack zu beschichten. Geeignete Sol-Gel-Lacke bilden eine transparente Schutzschicht, welche die darunter liegende reflektierende Oberfläche vor mechanischen oder chemischen Einflüssen schützt und dadurch eine lange Lebensdauer des Reflektors bei hoch bleibenden Reflexionswerten gewährleistet. Besonders geeignete Sol-Gel-Lacke sind überdies witterungsbeständig und eignen sich daher gut für Aussenwendungen. Die transparente Schutzschicht ist ins- besondere eine klare, farblose, durchsichtige Schutzschicht.
Die WO 2001/86327 beschreibt einen solchen witterungs- und korrosionsbeständigen Reflektor aus einem Reflektorkörper aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit einer reflektierenden Oberfläche, wobei der Reflektor eine aussen liegende, abschliessende transparente Schutzschicht aus einem Sol-Gel-Lack mit einer Dicke von mehr als 1 μm aufweist. Der Sol-Gel-Lack besteht aus einem Polysiloxan, welches aus einer alkoholischen Silan-Lösung und einer wässrigen kolloidalen Kieselsäure-Lösung hergestellt wird.
Sol-Gel-Lacke sind bekanntlich lösungsmittelhaltig und setzen bei ihrer Verarbeitung Dämpfe frei, welche in der Regel gesundheitsschädlich und leicht entzündbar sind. In der Lack verarbeitenden Industrie werden jedoch zunehmend Lacksysteme verlangt, welche ein geringes Gesundheitsrisiko aufweisen und aus Sicherheitsgründen einen erhöhten Flammpunkt aufweisen. Der Einsatz solcher Lacksysteme wird sogar in zunehmendem Masse durch Vorschriften vorgeschrieben. Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, einen mit einem Sol-Gel-Lack beschichteten Reflektor sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Reflektors vorzuschlagen, dessen Lacksystem sich dadurch auszeichnen soll, dass es einerseits möglichst keine gesundheitsschädlichen Komponenten enthält bzw. bei seiner Verarbeitung freisetzt und andererseits bei jedem Verabeitungsschritt einen Flammpunkt von >21° C aufweist. Der Flammpunkt wird nach ISO 13736 bzw. ASTM D6450 gemessen. Der Flammpunkt kann auch nach DIN 53213 gemessen werden, wobei auch hier der Zielwert bei >21 ° C liegt.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Polysiloxan mittels säurekatalysierter Hydrolyse und Kondensation eines Gemischs aus einer Lösung A und einer wässrigen Lösung B hergestellt ist, wobei die Lösung A eine Lösung mit einem ersten und zweiten Alkoxysilan und einem mit der Lösung A mischbaren Lösungsmittel ist, und das erste Alkoxysilan ein Tetraethoxysilan (TEOS) und das zweite Alkoxysilan durch die Formel XnSi(OC2H5)4-n beschrieben wird. X beschreibt einen organischen Rest, insbesondere ein Alkyl. n ist eine Zahl von 0 bis 3, vorzugsweise von 1 bis 3. Die Lösung A enthält zweckmässig ein mit dieser mischbares Lösungsmittel, insbesondere ein polares Lösungsmittel, wie Alkohol oder Ethylacetat. Zur Erhöhung des Flammpunktes des herzustellenden Lacksystems kann ein alkoholisches Lösungsmittel mit einem vergleichsweise hohen Siedepunkt, wie z.B. ein Glykol oder eine Glykolverbindung, wie Ethy- lenglykol oder Buthoxyethanol, verwendet werden. Die Lösung B kann eine wässrige kolloidale Kieselsäure-Lösung oder angesäuertes Wasser bzw. eine saure, wässrige Lösung sein. Der pH-Wert der Lösung B liegt zweckmässig tiefer 7.
Die Schutzschicht weist im gehärteten Zustand eine Dicke von wenigstens 1 μm, vorzugsweise wenigstens 2 μm, und von höchstens 20 μm, vorzugsweise höchstens 10 μm, insbe- sondere höchstens 5 μm, auf.
Die reflektierende Oberfläche aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung weist bevorzugt eine Rauhigkeit Ra von kleiner als 0,1 μm nach DIN 4761 bis 4768 auf. Der Reflektor weist ferner gemäss 2000h QUV-Test nach ASTM G 53-96 Einbussen in der Gesamtreflexion und im Glanz von weniger als 5 % auf. Die reflektierende Oberfläche kann durch eine auf den Reflektorkörper aufgetragene metallische Reflexionsschicht oder bevorzugt durch die Reflektorkörperoberfläche selbst ausgebildet sein.
Der Reflektorkörper besteht aus oder weist wenigstens eine freie Oberfläche, insbesondere eine Beschichtung, aus einem Metall, insbesondere aus Aluminium oder einer Alumi- niumlegierung, wie z.B. Aluminium mit einer Reinheit von 98,3% und höher, auf. Der Reflektorkörper besteht aus oder weist wenigstens eine freie Oberfläche, insbesondere eine Beschichtung, vorteilhaft aus Aluminium mit einer Reinheit von 99,0% und höher, fallweise auch mit einer Reinheit von 99,5% und höher, vorzugsweise jedoch mit einer Reinheit von 99,7% und höher, und insbesondere von 99,8% und höher, auf. Neben Aluminium genannter Reinheiten können bevorzugt auch Aluminiumlegierungen eingesetzt werden. Bevorzugte Legierungen sind diejenigen der Klassen AA 1000, AA 3000 und AA 5000. Weitere anwendbare Legierungen enthalten beispielsweise 0,25 bis 5 Gew.-%, insbesondere 0,5 bis 4 Gew.-%, Magnesium oder enthalten 0,2 bis 2 Gew.-% Mangan oder enthalten 0,5 bis 5 Gew.-% Magnesium und 0,2 bis 2 Gew.-% Mangan, insbesondere 1 Gew.-% Magnesium und 0,5 Gew.-% Mangan oder enthalten 0,1 bis 12 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 5 Gew.- %, Kupfer oder enthalten 0,5 bis 6 Gew.-% Zink und 0,5 bis 5 Gew.-% Magnesium oder enthalten 0,5 bis 6 Gew.-% Zink, 0,5 bis 5 Gew.-% Magnesium und 0,5 bis 5 Gew.-% Kupfer oder enthalten 0,5 bis 2 Gew.-% Eisen und 0,2 bis 2 Gew.-% Mangan, insbesondere 1 ,5 Gew.-% Eisen und 0,4 Gew.-% Mangan oder AlMgSi-Legierungen oder AIFeSi- Legierungen. Weitere Beispiele sind AlMgCu-Legierungen, wie AI99,85MgO,8Cu oder AlMg-Legierungen, wie AIMgI , oder AlFeMn-Legierungen wie AIFeMnI ,5.
Der Reflektorkörper ist bevorzugt ein Walzprodukt und insbesondere ein gewalztes Blech, oder Band, eine gewalzte Folie oder Platte aus walzbarem Aluminium oder einer walzbaren Aluminiumlegierung. Der Reflektorkörper als Walzprodukt kann gegebenenfalls z.B. durch Biegen, Tiefziehen, Kaltfliesspressen und dgl. umgeformt sein.
Ferner können als Reflektorkörper alle räumlichen Gebilde, die wenigstens eine freie O- berfläche aus einem vorgenannten Aluminium oder einer der vorgenannten Aluminiumlegierungen enthalten oder die vollständig daraus bestehen, zur Anwendung gelangen. Es können auch nur Teilbereiche oder begrenzte Oberflächenbereiche des Reflektorkörpers aus den vorgenannten Aluminiumwerkstoffen oder Aluminiumlegierungen bestehen. Weiters können die genannten räumlichen Gebilde Profile oder Balken sein.
Ferner können die Reflektorkörper auch Guss- oder Schmiedeteile aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung sein. Je nach Einsatzzweck kann der ganze Reflektorkörper aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung sein, es können aber auch nur Teilbereiche oder Oberflächenbereiche daraus bestehen. Das Material aus Aluminium oder der Aluminiumlegierung, z.B. in der Ausführung eines Bleches, einer Folie oder Platte oder einer Beschichtung, kann auch Teil oder Teiloberfläche eines Verbundes darstellen, z.B. eines Folienverbundes oder Laminates beliebiger Werkstoffe, wie z.B. aus Kunststoffen und Aluminium, wie AI-beschichteter Kunststoff, oder AI-beschichtetes Eisen- oder Stahlblech.
Die Reflektorkörperoberfläche, d.h. die Aluminiumoberfläche des Reflektorkörpers, kann beispielsweise durch chemische und/oder mechanische Veränderung, wie z.B. Walzen, Schmieden, Kaltfliesspressen, Pressen oder Giessen erzeugt werden. Die reflexionswirksame Oberfläche des Reflektorkörpers kann zusätzlich einer Nachbehandlung durch Schleifen, Polieren, Strahlen mit Hartstoffen usw. unterzogen werden. Bevorzugt sind Reflektorkörper mit Walzoberflächen, die mit glatten oder strukturierten Walzen erzeugt werden. Bevorzugt als Reflektorkörper sind Bleche und Bänder, insbesondere gewalzte Bleche und Bänder aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung der vorgenannten Beschaffenheit sowie Aluminium-beschichtetes Eisen- oder Stahlblech mit einer Dicke von beispielsweise 0,1 bis 10 mm, vorzugsweise 1 bis 4 mm, insbesondere 0,2 bis 1 ,5 mm und besonders bevorzugt 0,3 - 1 mm, wobei die Aluminium-Beschichtung ebenfalls ein Aluminium oder eine Aluminiumlegierung der vorgenannten Beschaffenheit ist. Ein Beispiel ist ein Aluminiumblech AI 99,5 (Reinheit 99,5%) der Dicke von 0,5 mm.
Die Oberfläche des Reflektorkörpers, bzw. die reflektierende Oberfläche, kann vorbehandelt sein und beispielsweise eine Vorbehandlungsschicht aufweisen. Die Vorbehandlungsschicht kann beispielsweise eine durch Chromatierung, Phosphatierung oder durch anodi- sehe Oxidation erzeugte Schicht sein. Vorzugsweise ist die Vorbehandlungsschicht aus anodisch oxidiertem Aluminium und wird insbesondere direkt aus dem an der Oberfläche des Reflektorkörpers liegenden Aluminium erzeugt.
Die Vorbehandlungsschicht kann eine Dicke von beispielsweise wenigstens 10 nm, vorzugsweise von wenigstens 20 nm, insbesondere von wenigstens 50 nm und vorteilhaft von wenigstens 100 nm aufweisen. Die maximale Dicke der Vorbehandlungsschicht beträgt beispielsweise 5000 nm, vorzugsweise 1500 nm und insbesondere 300 nm.
Die Vorbehandlungsschicht ist bevorzugt eine anodisch erzeugte Oxidschicht, die in einem nicht rücklösenden und vorzugsweise in einem rücklösenden Elektrolyten aufgebaut wurde. Die Vorbehandlungsschicht ist vorzugsweise eine poröse, anodisch erzeugte Oxid- schicht.
Die Anodisation findet vorzugsweise in einem sauren Elektrolyten aus der Reihe der Phosphorsäure-, Zitronensäure-, Weinsäure-, Chromsäureelektrolyte und insbesondere aus der Reihe der Schwefelsäureelektrolyte statt. Die Anodisation erfolgt im Wechsel- und vor- zugsweise im Gleichstromverfahren. Es ist Stückanodisieren, wie auch Bandanodisieren möglich.
Die anodische erzeugte Oxidschicht kann ferner einer Sealing- resp. Verdichtungsbehandlung unterzogen werden. Die genannte Oxidschicht ist vorzugsweise nicht verdichtet. Die Vorbehandlungschicht kann auch eine Gelbchromatierschicht, eine Grünchromatier- schicht, eine Phosphatschicht oder eine chromfreie Vorbehandlungsschicht, die in einem Elektrolyten, enthaltend wenigstens eines der Elemente Ti, Zr, F, Mo oder Mn, aufgewachsen ist, enthalten.
Ferner kann die Aluminiumoberfläche zur Vorbehandlung in einem chemischen oder elekt- rochemischen Verfahren geglänzt sein oder einem alkalischen Beizprozess unterzogen sein. Solche Glänz- oder Beizverfahren werden vor dem Anodisieren durchgeführt.
Vor dem Auftrag einer Vorbehandlungsschicht oder Durchführung erster Vorbehandlungsschritte wird die Reflektoroberfläche zweckmässig entfettet und gereinigt. Die Vorbehandlung kann auch lediglich ein Entfetten und Reinigen der Reflektoroberfläche beinhalten. Die Reinigung der Oberfläche kann auf an sich bekannte Weise, z.B. chemisch und/oder elektrochemisch und sauer oder alkalisch, erfolgen. Sie bezweckt die Entfernung von Fremdsubstanzen und gegebenenfalls der natürlich entstanden Oxidschicht auf der Aluminiumoberfläche. Als Reinigungsmittel eignen sich z.B. saure, wässrige Entfettungsmittel, alkalische Entfettungsmittel auf der Basis von Polyphosphat und Borat. Eine Reinigung mit massigem bis starkem Materialabtrag bildet das Beizen oder Ätzen mittels stark alkalischen oder sauren Beizlösungen, wie z.B. Natronlauge oder ein Gemisch aus Salpetersäure und Flusssäure. Dabei wird die vorhandene Oxidschicht mitsamt seinen Verunreinigungen entfernt. Bei stark angreifenden alkalischen Beizen ist gegebenenfalls eine saure Nachbehandlung notwendig. Je nach Oberflächenzustand ist auch ein mechanischer Oberflächenabtrag durch abrasive Mittel notwendig. Eine solche Oberflächenvorbehandlung kann beispielsweise durch Schleifen, Strahlen, Bürsten oder Polieren geschehen und gegebenenfalls durch eine chemische Nachbehandlung ergänzt werden.
In einer bevorzugten Ausführung wird in einem Bandverfahren eine Vorbehandlungs- schicht auf ein Aluminiumband aufgebracht. Dazu wird ein Aluminiumband (AI 99,85, Ra 0,04 μm) mit 500 mm Breite und 0,3 mm Dicke kontinuierlich bei rund 40 m/min anodisiert. Dabei wurden folgende Stufen durchlaufen (durchlaufene Bäder): a) Entfettung bei einem pH-Wert von 9 - 9,5, bei ca. 50° C und Bonder V6150/01 , b) Spülen mit Leitungswasser (Raumtemperatur), c) Anodisieren in 20% H2SO4 bei ca. 25°C und 20V Spannung, d) Spülen in Leitungswasser bei ca. 500C und e) Spülen in entionisiertem Wasser bei ca. 85°C.
Auf die Vorbehandlungsschicht können anschliessend die Schutzschicht oder weitere Schichten aufgebracht werden. Das Band wird vorteilhaft erst nach Abschluss der Be- schichtung, d.h. nach Beschichtung mit der Schutzschicht, in Bänder von gewünschter Grosse und Form aufgeteilt.
Die reflektierende Oberfläche weist eine Rauhigkeit Ra von zweckmässig weniger als 0,1 μ m, vorzugsweise von weniger als 0,05 μm und insbesondere von weniger als 0,02 μm auf. Die Oberflächenrauhigkeit Ra ist definiert in wenigstens einer der DIN-Vorschriften 4761 bis 4768.
Die Oberfläche des Reflektorkörpers kann glatt oder strukturiert sein und beispielsweise eine lichtleitende Struktur in der Ausprägung von z.B. eines Rippenmusters mit zahnförmi- gem Querschnitt aufweisen. Die Strukturierung kann z.B. über eine Walze mit entspre- chendem Prägemuster erzeugt sein. Die Oberfläche des Reflektorkörpers kann bezüglich Strukturierung oder Rauhigkeit derart beschaffen sein, das die Reflexion der Strahlung gerichtet, gestreut oder eine Kombination davon ist.
Die vorgenannte Rauhigkeit Ra von strukturierten Oberflächen soll sich auf die einzelnen Teilflächen der Oberflächenstruktur beziehen, d.h. die Strukturierung selbst soll sinnge- mäss nicht in die Bestimmung der Rauhigkeit miteinbezogen sein.
In einer weiteren Ausführung kann auf den Reflektorkörper bzw. auf dessen Vorbehandlungsschicht eine die reflektierende Oberfläche ausbildende Reflexionsschicht aus einem Metall, wie z.B. eine Schicht aus Aluminium, Silber, Kupfer, Gold, Chrom, Nickel oder aus einer Legierungen, beispielsweise enthaltend überwiegend wenigstens eines der genann- ten Metalle, aufgetragen sein. Die Dicke der Reflexionsschicht kann beispielsweise 10 bis 200 nm (Nanometer) betragen. Ferner kann auf den Reflektorkörper bzw. auf dessen Vorbehandlungsschicht zur Einebnung der Oberflächenrauhigkeit eine funktionelle Schicht in der Ausführung einer organischen oder anorganischen Sol-Gel-Schicht aufgebracht sein. Die Reflexionsschicht kommt hier in der Regel direkt, oder über eine Haftschicht, auf die funktionelle Schicht zu liegen. Die Beschaffenheit der funktionellen Schicht ist in EP 918 236 A1 ausführlich beschrieben.
Die Reflexionsschicht kann ferner ein Teil eines Reflexionsschichtsystems sein, wobei das Reflexionsschichtsystem eine oder mehrere, auf der Reflexionsschicht aufgebrachten, transparente Schichten enthält. Beispielsweise 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 transparente Schichten - gezählt ohne die Schutzschicht - erfüllen vorteilhaft bezüglich der optischen Dicke für jede Schicht die Formel λ/2, wobei insbesondere jede dieser transparenten Schichten eine Doppelschicht aus jeweils 2 Schichten der Dicke λ/4 ist. Die optische Dicke jeder transparenten Schicht mit der Formel λ/2 kann um ± 40 nm variieren. Bevorzugt ist eine transparente Schicht oder weiter bevorzugt sind zwei, drei oder mehrere transparente Schichten, die aus gleichen oder unterschiedlichen Materialien sein können, wobei jede der transparenten Schichten eine optische Dicke von λ/2 ± 40 nm aufweist und insbesondere eine Doppelschicht der Dicke 2 • λ/4 ist. Auf die genannte transparente Schicht oder Schichten, als oberste Schicht, resp. als die an der Oberfläche liegende Schicht, wird die Schutzschicht, die ihrerseits auch transparent ist, angeordnet, λ entspricht dem Intensitätsmaximum der Wellenlänge der reflektierten elektromagnetischen Strahlung.
Die Materialien der transparenten Schichten des Reflexionsschichtsystems bestehen aus oder enthalten z.B. Oxide, Nitride, Fluoride, Sulfide usw. von Alkalimetallen, z.B. Li, Na, K, Erdalkalimetallen, z.B. Mg, Ca, Sr, Ba, Halbmetallen, wie z.B. Si, Übergangsmetallen, z.B. Sc, Ti, V, Cr1Mn, Fe, Co, Ni, Y, Zr, Nb, Mo, Te, Ru1Rh, Pd, Hf, Ta, W1 Re, Os, Ir ,Pt, Lan- thanoiden, z.B. La, Ce1 Pr, Nd1 Pm1 Dy, Yb, Lu usw. Es können namentlich genannt werden SiOx, wobei x die Bedeutung von 1 ,1 bis 2,0 und vorzugsweise 1 ,8 hat, AI2O3, MgF2, TiO2, B2O3, Be-Oxid, ZnO, SnO2, Indium-Zinn-Oxid (ITO), CdS, CdTe und Hafnium- und Zirkon-Oxide. Vorteilhaft weisen wenigstens eine der transparenten Schichten, mit Aus- nähme der Schutzschicht, andere Materialien auf, als die Schutzschicht selbst.
Alle oder einzelne Schichten des Reflexionsschichtsystems sowie die Reflexionsschicht können beispielsweise durch Gas- oder Dampfphasenabscheidung im Vakuum, (physical vapor deposition, PVD), durch thermische Verdampfung, durch Elektronenstrahlverdamp- fung, mit und ohne lonenunterstützung, durch Sputtern, insbesondere durch Magnetron- sputtering, durch Plasmapolymerisation oder durch chemische Gasphasenabscheidung (chemical vapor deposition, CVD) mit und ohne Plasmaunterstützung, auf den Reflektorkörper, resp. auf eine darauf befindliche Vorbehandlungsschicht, aufgebracht werden. Andere Auftragungsverfahren sind Lackier- oder Tauchziehverfahren von im Sol-Gel-Prozess hergestellten Lösungen mit anschliessender Trocknung, flammpyrolytische Verfahren oder Flammbeschichtung mittels SiO2. Es können auch zwei oder mehrere Verfahren kombiniert werden. Es können z.B. PVD-Schichten durch eine Flammbeschichtung mit SiO2 ergänzt werden. Die genannten Reflexionsschichtsysteme sind beispielsweise in EP 918 236 A1 ausführlich beschrieben.
Die Schutzschicht aus Polysiloxan ist zweckmässig ein auf die Reflektorkörperoberfläche, die Vorbehandlungsschicht oder gegebenenfalls auf die Reflexionsschicht bzw. auf ein Reflexionsschichtsystem aufgetragener Sol-Gel-Lack, welcher nach einem Sol-Gel-Verfah- ren hergestellt wird.
Das Polysiloxan wird durch eine Kondensationsreaktion zwischen hydrolisierten und vernetzbaren Silanen, insbesondere Alkoxysilanen, und, falls vorhanden, kolloidaler Kiesel- säure erzeugt. Die Kondensationsreaktion zwischen hydrolisierten Alkoxysilanen untereinander sowie hydrolisierten Alkoxysilanen und, falls vorhanden, kolloidaler Kieselsäure führt zur Ausbildung eines anorganischen Netzwerkes von Polysiloxanen. Gleichzeitig werden organische Gruppen, insbesondere Alkyl-Gruppen bzw. einfache Alkyl-Gruppen oder Methyl-Gruppen über Kohlenstoffbindungen in das anorganische Netzwerk eingebaut. Die organischen Gruppen, bzw. die Alkyl-Gruppen, nehmen jedoch nicht direkt an der Polymerisation bzw. der Vernetzung der Siloxane teil, d.h. sie dienen nicht zur Ausbildung eines organischen Polymersystems sondern lediglich zur Funktionalisierung. Die erhaltenen Po- lysiloxane sind deshalb eher den anorganischen Polymeren zuzuordnen.
Bei der Herstellung des erfindungsgemässen Sol-Gel-Lackes wird von den zwei Basislö- sungen A und B ausgegangen.
Die Lösung A ist bevorzugt eine alkoholische Lösung aus Tetraethoxysilan (TEOS) und einem zweiten Alkoxysilan der Formel XnSi(OC2Hs)4-H, insbesondere Methyltriethoxysilan (MTEOS). Die Lösung A kann noch weitere Alkoxysilane enthalten, enthält jedoch bevorzugt ausschliesslich die beiden eingangs genannten Alkoxysilane TEOS und MTEOS. Ent- hält die Lösung A weitere Alkoxysilane, so sind deren Alkoxy-Gruppen bevorzugt nicht aus Methoxy. Bei der Verwendung von Alkoxysilane mit Methoxy-Gruppen, wie z. B. Methyltri- methoxysilan (MTMOS), werden bei der Hydrolyse Methanole freigesetzt, welche gesundheitsschädliche Dämpfe erzeugen, die in der Lösungsmittelverarbeitenden Industrie unerwünscht, bzw. durch gesetzliche Vorschriften nicht mehr zulässig sind. Ferner weisen Me- thanole einen verhältnismässig tiefen Flammpunkt auf. Alkoxysilane mit Ethoxy-Gruppen setzen hingegen bei der Hydrolyse keine gesundheitsgefährdenden Alkohole frei und sind daher unbedenklich.
Die Alkoxysilane der Lösung A liegen in einem wasserfreien Medium in nicht hydrolisierter Form vor. Als Lösungsmittel wird bevorzugt ein Alkohol mit vergleichsweise hohem Siede- punkt, wie z. B. ein Glykol oder eine Glykolverbindung, verwendet. Dies kann z. B. Ethy- lenglykol oder 2-Buthoxyethanol sein. Obwohl durch die Hydrolyse weitere Alkohole freigesetzt werden, welche einen massgeblichen Einfluss auf den Flammpunkt haben, kann durch die Wahl eines geeigneten Lösungsmittel, wie oben beschrieben, der Flammpunkt der Gesamtlösung um ein paar Grade soweit nach oben verschoben werden, dass dieser über dem Grenzwert von 210C gemäss nach ISO 13736 bzw. ASTM D6450 zu liegen kommt.
Die Lösung B enthält bevorzugt in Wasser gelöste kolloidale Kieselsäure. In zweckmässi- ger Ausführung wird die Lösung B mittels Säure, vorzugsweise mittels Salpetersäure (HNO3), auf einen pH-Wert zwischen 2,0 - 3.0, vorzugsweise zwischen 2,3 - 2,7 und insbesondere von rund 2,5 eingestellt.
Die verwendete Kieselsäure ist zweckmässig eine in saurem Milieu stabilisierte Kieselsäure, wobei der pH-Wert der Kieselsäure vorteilhaft bei 2 - 3 liegt. Die Kieselsäure ist vorteilhaft möglichst alkaliarm. Der Alkaligehalt (z.B. Na2O) der Kieselsäure liegt bevorzugt unter 0,04 Gew.-%.
Die Lösung B ist zweckmässig mittels Salpetersäure (HNO3) auf einen pH-Wert zwischen 2,0 - 3,0, vorzugsweise zwischen 2,3 - 2,7, und insbesondere von 2,5 eingestellt. Eine bevorzugte Kieselsäure-Lösung wird beispielsweise durch die Firma Nissan Chemical Industries Ltd. mit dem Produktname "SNOWTEX® O" vertrieben. Es sind jedoch auch Kiesel- säure-Lösungen von anderen Herstellern denkbar, welche dieselben positiven Eigenschaften von "SNOWTEX® O" aufweisen oder diese sogar übertreffen.
Die Lösung B braucht nicht zwingend kolloidale Kieselsäure zu enthalten und kann z. B auch nur angesäuertes Wasser bzw. eine saure, wässrige Lösung mit einem pH-Wert von < 7 sein. Die Verwendung von kolloidaler Kieselsäure ermöglicht jedoch unter anderem die optische Bestimmung des idealen Mischungsverhältnisses, da Letzteres bei der Verwendung von kolloidaler Kieselsäure und Methanol als Lösungsmittel durch eine Trübung der Mischlösung feststellbar ist.
Ist die Lösung B eine saure, wässrige Lösung, so werden die beiden Lösungen A und B bevorzugt in einem Gewichts-Verhältnis von rund 7.5 : 2.5 Teilen gemischt. Ist die Lösung B eine Lösung mit kolloidaler Kieselsäure der vorgenannten Art, so werden die beiden Lösungen A und B bevorzugt in einem Gewichts-Verhältnis von rund 7 : 3 Teilen gemischt.
Das Zusammenführen und Mischen der beiden Basislösungen A und B führt zu einer Hydrolysereaktion zwischen dem in Lösung B enthaltenen Wasser und den in Lösung A enthaltenen Alkoxysilanen. Hydrolyse-Reaktion: Si(OR)m + mH20 → Si(OH)m +mR(0H)
In bevorzugter Ausführung der Erfindung wird dem hydrolysierten Gemisch zwecks Erhöhung des Flammpunktes in Wasser gelöste, kolloidale Kieselsäure hinzu gegeben. Die kolloidale Kieselsäure dient dabei dem Zweck, den Feststoffanteil des Gemisches nicht absinken zu lassen. Anstelle von kolloidaler Kieselsäure kann jedoch auch nur Wasser bzw. angesäuertes Wasser hinzu gegeben werden.
Bevorzugt werden von 1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gemisch von Lösung A und B, wässrige, kolloidale Kieselsäure zum Gemisch aus Lösung A und B nach Abschluss der Hydrolyse-Reaktion zugefügt.
Nach Abschluss der Hydrolyse-Reaktion ist das Hinzufügen von 1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gemisch von Lösung A und B, der wässrigen, kolloidalen Kieselsäure mit einem Gehalt von 20 bis 30 Gew.-% SiO2, bezogen auf die wässrige kolloidale Kieselsäure, zum Gemisch aus Lösung A und B besonders bevorzugt. Wird wässrige, kolloidale Kieselsäure nach Abschluss der Hydrolyse-Reaktion zwischen Lösung A und B hinzugefügt, so kann diese wässrige kolloidale Kieselsäure der Zusammensetzung der Lösung B entsprechen. D.h., es wird eine Übermenge an Lösung B bereitgestellt, die vorgesehene Mengen an Lösungen A und B hydrolisiert und nach erfolgter Hydrolyse zwischen Lösung A und B wird eine Restmenge an Lösung B als die wässrige, kolloidale Kieselsäure zur Mischung aus den hydrolisierten Lösungen A und B hinzugefügt.
Der Sol-Gel-Lack wird zweckmässig in Gel-Form auf den Reflektorkörper, bzw. auf die entsprechende Oberfläche, aufgetragen bzw. abgeschieden und anschliessend einem Här- tungs- und Trocknungsprozess unterzogen. Beim Härtungsprozess setzt eine Kondensationsreaktion ein, bei der unter Wasser-Abspaltung aus jeweils zwei Si-OH-Gruppen eine Siloxan-Bindung (Si-O-Si) aufgebaut wird. Durch fortschreitende Polymerisation entsteht dabei ein Netzwerk von Polysiloxanen, an welche Alkoxy-Gruppen angegliedert sind. Der Trocknungsprozess besteht darin, die im Sol-Gel-Lack verbleibenden Wasser und Alkohole auszutreiben, wodurch der Sol-Gel-Lack aushärtet und eine witterungsbeständige und korrosionsfeste Schutzschicht auf der Reflektoroberfläche bzw. der Reflexionsschicht entsteht.
Die Beschichtung erfolgt zweckmässig in einem kontinuierlichen Verfahren, durch beispielsweise Aufpinseln, Aufwalzen, Schleudern, Spritzen Tauchen bzw. Tauchziehbeschichten. Besonders bevorzugte kontinuierliche Beschichtungsverfahren sind das Banddurchlaufverfahren oder Bandlackierungsverfahren, auch Coil-Coating-Verfahren genannt. Der mit dem Sol-Gel-Lack beschichtete Reflektor wird zweckmässig mittels Strahlung, wie UV-Strahlung, Elektronenstrahlung, Laserstrahlung, oder mittels Wärmestrahlung, wie IR- Strahlung, oder mittels Konvektionserwärmung oder einer Kombination der vorgenannten Trocknungs- bzw. Härtungsverfahren, getrocknet resp. gehärtet. Die erhöhte Temperatur, gemessen am Reflektorkörper, zur Trocknung bzw. Härtung des Sol-Gel-Lackes ist zweckmässig grösser als 60° C, vorzugsweise grösser als 150° C und insbesondere grösser als 200° C. Die erhöhte Temperatur ist ferner zweckmässig kleiner als 4000C, vorzugsweise kleiner als 3500C und insbesondere kleiner als 300°. Die erhöhte Temperatur liegt besonders bevorzugt zwischen 250°C und 3000C. Bei der Temperaturangabe handelt es sich um eine sogenannte "Peak Metal Temperature" (PMT).
Die erhöhte Temperatur kann beispielsweise während 5 Sekunden bis 2 Minuten auf den Körper einwirken. Der Sol-Gel-Lack wird während einer Zeit von vorzugsweise weniger als 90 Sekunden, insbesondere von weniger als 60 Sekunden, und von vorzugsweise mehr als 10 Sekunden, insbesondere von mehr als 30 Sekunden getrocknet bzw. gehärtet. Bei Einsatz von IR-Strahlung liegen die Trocknungszeiten eher im unteren Bereich der angegebenen Aufenthaltszeiten.
Die Konvektionserwärmung kann zweckmässig durch eine Beaufschlagung mit erwärmten Gasen, wie Luft, Stickstoff, Edelgase oder Gemischen daraus, erfolgen. Die Sol-Gel-Lack- schicht wird bevorzugt in einem Durchlaufofen getrocknet.
Die Reflektoren, beispielsweise in Form von Folien, Bändern oder Blechen, lassen sich nach dem Auftrag und Trocknung der Schutzschicht auch umformen. Die Reflektoren könne z.B. zu Parabolwannen weiterverarbeitet werden. Die Umformung führt dabei kaum zu Rissbildung in der Schutzschicht. Die Reflektoren gemäss Erfindung weisen eine gute Schutzwirkung gegen Witterungseinflüsse, Korrosion, mechanischen Abbau oder Abrieb bzw. weisen eine hohe Kratzfestigkeit auf. Kreidung tritt praktisch keine auf. Wird bei der Herstellung der Siloxane kolloidale Kieselsäure verwendet, so lassen sich grossere Schichtdicken im Mikrometerbereich herstellen, bei welchen während des Trocknungs- und Härtungsprozesses keine Rissbildung, z.B. aufgrund Volumenkontraktion, entsteht.
Ferner erlauben die erfindungsgemässen Reflektoren den Einsatz von Aluminiumlegierungen, ohne dass diese zwecks Erreichen hoher Glanz- und Gesamtreflexionswerte z.B. mit Rein- oder Reinstaluminium plattiert bzw. beschichtet werden müssen. Im Gegensatz zu den Reflektoren aus Rein- oder Reinstaluminium, weisen Letztere jedoch wesentlich hö- here Festigkeiten auf, was für verschiedenste Anwendungen unabdingbar ist.
Der Reflektor weist eine Gesamtreflexion nach DIN 5036 3. Teil, insbesondere eine Gesamtreflexion im sichtbaren und infraroten Wellenlängenbereich, von grösser als 75%, vorzugsweise von grösser als 80%, und insbesondere von grösser als 83%, auf. Enthält der Reflektor ein zusätzliches reflexionserhöhendes Schichtsystem, beträgt die genannte Gesamtreflexion über 75%, vorzugsweise über 85%, und insbesondere über 90%.
Wird die Aluminiumoberfläche des Reflektorkörpers vorgängig geglänzt, so weist der Re- flektor in der Regel Glanzwerte im sichtbaren Wellenlängenbereich nach DIN 67530 von über 73% auf. Wird die Aluminiumoberfläche des Reflektorkörpers nicht vorgängig geglänzt, so weist der Reflektor in der Regel Glanzwerte im sichtbaren Wellenlängenbereich nach DIN 67530 von über 63% auf.
Die genannte Gesamtreflexion und der Glanz des erfindungsgemässen Reflektors nimmt beispielsweise nach 3000h (Stunden) QUV-Test und insbesondere nach 2000h QUV-Test um weniger als 5%, und insbesondere um weniger als 2% ab.
Der QUV-Test ist ein künstlicher Bewitterungstest zur Beurteilung der Witterungsbeständigkeit von Bauteilen und ihren Oberflächen im Freien. Der QUV-Test wurde 1969 durch das Unternehmen "Q-Panel" eingeführt und ist heute eine international standardisierte Testmethode. Der in vorliegenden Versuchen angewendete QUV-Test wurde gemäss den Vorgaben nach "Standard Practice for Operating Light- and Water-Exposure Apparatus (Fluorescent UV-Condensation Type) for Exposure of Nonmetallic Materials" der American Society for Testing and Materials", bzw. nach ASTM G 53-96, ausgeführt.
Der erfindungsgemässe Reflektor weist ferner im 1000h "Filiformkorrosionstest" nach DIN EN ISO 3665, keine Korrosionserscheinungen auf. Überdies beträgt die Abnahme der Gesamtreflexion und des Glanzes im 1000h "Essigsaure Salzsprühtest" nach DIN 50021 ESS weniger als 5%, insbesondere weniger als 2%.
Des weiteren verfügen die erfindungsgemässen Reflektoren dank der Sol-Gel-Schutz- schicht aus Polysiloxanen über eine hohe Oberflächenhärte. Die Sol-Gel-Schutzschicht weist zweckmässig eine Härte gemessen nach der Methode "Bleistiftverfahren nach Wolf Wilburn" nach DIN 55350 Teil 18 von grösser "F", vorzugsweise von grösser "H", insbesondere von grösser "2H" und vorteilhaft von grösser "3H" auf, wobei grösser im Sinne von härter zu verstehen ist.
Die Sol-Gel-Schicht zeichnet sich zudem durch eine ausgezeichnete Haftung auf dem Re- flektorkörper bzw. auf den darüber liegenden Schichten aus.
Der erfindungsgemässe Reflektor ist herstellbar dadurch, die reflektierende Oberfläche aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung eine Rauhigkeit Ra von kleiner als 0,1 μm nach DIN 4761 bis 4768 aufweist und der Reflektor eine aussen liegende, abschliessende transparente Schutzschicht aus einem Polymer einer Dicke von grösser als 1 μm enthält und die Schutzschicht in einem kontinuierlichen Coil-Coating-Verfahren auf die reflektierende Oberfläche, die Vorbehandlungsschicht oder das Reflexionsschichtsystem aufgetragen wird und die Schutzschicht des Reflektors in einem Durchlaufofen getrocknet und gehärtet wird. Die Bandbeschichtungsgeschwindigkeit in einem Banddurchlaufverfahren beträgt beispielsweise rund 30m/min.
Der Reflektorkörper wird vorzugsweise in einem Durchlaufofen unter Einwirkung von Wärmestrahlung und/oder Konvektionswärme, vorzugsweise unter Beaufschlagung mit erwärmten Gasen getrocknet. Die Beschichtung erfolgt zweckmässig bei Raumtemperatur, z.B. bei 10 - 30 0C, insbesondere bei 15 - 25 0C.
Vorliegende Erfindung umfasst auch die Verwendung erfindungsgemässer Reflektoren als Reflektoren für Sonnen- oder Kunstlicht und Infrarotstrahlung und als Lichtleitelemente für Sonnen- oder Kunstlicht. Die erfindungsgemässen Reflektoren sind beispielsweise geeignet als Reflektoren oder Lichtleitelemente in der Licht- und Leuchtentechnik, wie Reflektoren in Bildschirmarbeitsplatz-Leuchten, Primärleuchten, Sekundärleuchten, Rasterleuchten, Lichtdecken oder als Lichtumlenklamellen. Ferner können die erfindungsgemässen Reflektoren in der Solartechnik als Solar-Reflektoren, z.B. in der thermischen Solartechnik, als Solar Booster im Bereich der Photovoltaik, in Solar-Kraftwerken, als lichtkonzentrierende Sonnenkollektoren, in Solar-Kocher oder Solar-Öfen, eingesetzt werden.
Ferner können die erfindungsgemässen Reflektoren als leichte, unzerbrechliche und gegebenenfalls beheizbare Spiegel für Fahrzeuge oder als Scheinwerferreflektoren eingesetzt werden. Die besagten Reflektoren können auch als Fassadenelemente mit reflektie- renden Eigenschaften bzw. mit Glanzeigenschaften eingesetzt werden. Die beispielsweise hoch- oder matt-glänzenden Aluminiumoberflächen sind dabei dank der erfindungsgemässen Schutzschicht korrosionsfest versiegelt.
Die IR-Strahlung, das sichtbare Licht und die UV-Strahlung decken dabei den Wellenlängenbereich von 10"8 ITi bis 10"3 m ab. Nachfolgend wird anhand eines Beispiels die Zubereitung und Herstellung einer besonders bevorzugten Ausführung eines Sol-Gel-Lackes beschrieben. Dazu werden eine Lösung A und eine Lösung B vorbereitet, wobei die Lösung B gemäss einer 1. und 2 Alternative hergestellt werden können: Lösung A enthält:
200 g Isopropylalkohol 150 g Tetraethoxysilan (TEOS) 458 g Methyltrimethoxysilan (MTES) Total Lösung A: 808 g
Lösung B (Alternative 1 ) enthält: 248 g Wasser
Lösung B (Alternative 2) enthält:
335 g 26 %-ige kolloidale Kieselsäure enthaltend 248 g Wasser und 87 g SiO2 Der pH-Wert der Lösung B ist unter Zugabe einer Säure, insbesondere Salpetersäure (HNO3), auf ca. 2,5 eingestellt.
Die Herstellung des Sol-Gel-Lackes und die Beschichtung des Reflektorkörpers erfolgt in bevorzugter Ausführung wie folgt:
Einer Basislösung A, wie zuvor beschrieben, wird unter Rühren eine Lösung B in den oben genannten Anteilen zugegeben. Die Lösungen A und B werden unter kontinuierlichem Rühren in eine Mischlösung überführt, wobei reaktionsbedingt Wärme freigesetzt wird.
Die Mischlösung wird über eine bestimmte Zeit, beispielsweise während 1 h (Stunde) bis 10 h, vorzugsweise währen 4 bis 8 h, insbesondere während rund 6 h gerührt und kühlt dabei ab. Danach wird die Mischlösung filtriert. Dem Gemisch kann nach Abschluss der Hydrolyse-Reaktion und vor dem Filtervorgang zwecks Erhöhung des Flammpunktes wässrige, kolloidale Kieselsäure oder Wasser beigeben werden.
Das Filtrieren dient dem Rückhalt grosserer Partikel, wie z.B. Agglomerationen von kolloidaler Kieselsäure. Der Porendurchmesser bzw. die Maschenweite des Filters richtet sich nach der angestrebten Schichtdicke, da Partikel mit grosserem Durchmesser als die angestrebte Schichtdicke die Oberflächenqualität der Schutzschicht beeinträchtigen. Die Filtration kann beispielsweise mittels Polypropylenfilter mit einer Maschenweite von 1 μm erfolgen.
Die Mischlösung wird vorzugsweise auf einem pH-Wert von 2 - 3, vorzugsweise von 2,3 bis 2,7 und besonders bevorzugt von 2,5, gehalten. Die Angleichung des pH-Wertes erfolgt mittels Säure, bevorzugt mittels Salpetersäure. Nach Abschluss des Rührvorganges kann der Sol-Gel-Lack mittels eines der vorgenannten Verfahrens auf den Reflektorkörper oder die darüber liegenden Schichten aufgetragen und nachfolgend, wie vorgängig beschrieben, getrocknet bzw. gehärtet werden.
Der Sol-Gel-Lack wird nach seiner Herstellung und vor dem Auftrag auf den Reflektorkör- per bevorzugt während weniger Minuten bis mehreren Stunden, vorzugsweise zwischen 1 und 24 h (Stunden), insbesondere zwischen 12 und 22 h und besonders bevorzugt während rund 17 h ruhig gestellt.
Die Elementanalyse des ausgehärteten Sol-Gel-Lackes mittels XPS (X-Ray Photoelectron Spectroscopy) weist unter anderem die Elemente Sauerstoff, Silizium und rund 3 - 20% (Atomprozente) Kohlenstoff nach. Wird die Mischlösung zusätzlich verdünnt, so liegt der Anteil an Kohlenstoff eher tief bei rund 3 %. Wird die Mischlösung jedoch nicht verdünnt, so liegt der Anteil eher höher, bei ca. 7 %.
Der Aufbau eines erfindungsgemässen Reflektors ist beispielhaft anhand der Figur 1 dargestellt, welche eine Querschnittsansicht durch einen erfindungsgemässen Reflektor zeigt. Der Reflektor (1 ) besteht aus einem Reflektorkörper (2), welcher ein Walzprodukt aus A- luminium mit einem Reinheitsgrad von grösser 99,8% ist. Die Oberfläche des Reflektorkörpers (2) ist entfettet und mit einer Vorbehandlungsschicht (3) versehen. Die Vorbehandlungsschicht (3) ist eine anodisch erzeugte Oxidschicht mit einer Dicke von 300 - 500 nm. Auf die Vorbehandlungsschicht ist eine Sol-Gel-Lackschicht (4) von 3 μm Dicke aus Polysiloxanen aufgebracht.

Claims

Ansprüche
1. Witterungs- und korrosionsbeständiger Reflektor (1 ) für elektromagnetische Strahlung, insbesondere für Infrarot-Strahlung, sichtbares Licht und Ultraviolett-Strahlung, mit hoher Gesamtreflexion, enthaltend einen Reflektorkörper (2) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit einer reflektierenden Oberfläche oder enthaltend einen Reflektorkörper mit einer eine reflektierende Oberfläche ausbildenden Reflexionsschicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, wobei der Reflektor (1 ) eine aussen liegende, abschliessende transparente Schutzschicht (4) aus einem Sol-Gel-Lack enthält, und der Sol-Gel-Lack aus einem Polysiloxan ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Polysiloxan mittels säurekatalysierter Hydrolyse und Kondensation eines Ge- mischs aus einer Lösung A und einer wässrigen Lösung B hergestellt ist, wobei die Lösung A eine Lösung mit einem ersten und zweiten Alkoxysilan und einem mit der Lösung A mischbaren Lösungsmittel ist, und das erste Alkoxysilan ein Tetraethoxysi- lan (TEOS) und das zweite Alkoxysilan durch die Formel XnSi(OC2H5)4-n beschrieben wird, wobei X einen organischen Rest beschreibt und n eine Zahl von 0 bis 3 ist.
2. Reflektor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Alkoxysilan ein Methyltriethoxysilan (MTEOS) ist.
3. Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lö- sung B eine wässrige kolloidale Kieselsäure-Lösung ist.
4. Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung B eine saure, wässrige Lösung mit einem pH-Wert von tiefer 7 ist.
5. Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel der Lösung A ein polares Lösungsmittel, wie Alkohol oder Ethylacetat, ist.
6. Reflektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das alkoholische Lösungsmittel ein Glykol oder eine Glykolverbindung enthält oder daraus besteht, und insbesondere ein Ethylenglykol oder Buthoxyethanol ist.
7. Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor eine Gesamtreflexion, insbesondere eine Gesamtreflexion im sichtbaren und infraroten Wellenlängenbereich, nach DIN 5036 von grösser als 75%, vorzugsweise von grösser als 80%, und insbesondere von grösser als 83%, aufweist.
8. Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor im 1000h "Filiformkorrosionstest" nach DIN EN ISO 3665 keine Korrosionserscheinungen aufweist und im 1000h "Essigsauren Salzsprühtest" nach DIN 50021 ESS eine Abnahme der Gesamtreflexion und des Glanzes von weniger als 5%, insbe-
5 sondere von weniger als 2% aufweist.
9. Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (4) eine Härte, gemessen nach der Methode "Bleistiftverfahren nach Wolf Wilburn" nach DIN 55350 Teil 18, von grösser "F", vorzugsweise von grösser "H", insbesondere von grösser "2H" und vorteilhaft von grösser "3H" aufweist.
10 10. Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht im gehärteten Zustand eine Dicke von wenigstens 1 μm, vorzugsweise wenigstens 2 μm, und von höchstens 20 μm, vorzugsweise höchstens 10 μm, insbesondere höchstens 5 μm, aufweist.
11. Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Re- 15 flektor einen Reflektorkörper aus Aluminium und/oder eine Beschichtung aus Aluminium enthält und der Aluminiumwerkstoff des Reflektorkörpers und/oder der Beschichtung einen Reinheitsgrad von grösser als 99,5%, vorzugsweise grösser als 99,7% und insbesondere grösser als 99,8% aufweist.
12. Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die re- 20 flektierende Oberfläche, vorzugsweise die Reflektorkörperoberfläche, eine Vorbehandlungsschicht (3) aufweist und die Vorbehandlungsschicht (3) eine in einem rücklösenden oder nicht rücklösenden Elektrolyten anodisch erzeugte Oxidschicht, vorzugsweise eine in einem rücklösenden Elektrolyten anodisch erzeugte poröse Oxidschicht, insbesondere eine unverdichtete, poröse Oxidschicht, ist und die Schutz-
25 schicht (4) unmittelbar auf die Oxidschicht aufgetragen ist.
13. Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf die reflektierende Oberfläche des Reflektors eine durch Chromatierung oder Phosphatie- rung erzeugte Vorbehandlungsschicht aufgebracht ist und die Schutzschicht (4) unmittelbar auf die Vorbehandlungsschicht aufgebracht ist.
30 14. Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf die reflektierende Oberfläche des Reflektors eine Vorbehandlungsschicht aufgebracht ist und die Vorbehandlungsschicht eine Gelbchromatierschicht, eine Grünchromatier- schicht, eine Phosphatschicht oder eine chromfreie Vorbehandlungsschicht ist, die in einem Elektrolyten, enthaltend wenigstens eines der Elemente Ti, Zr, F, Mo oder Mn, aufgewachsen ist.
15. Reflektor nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbehandlungsschicht eine Dicke von wenigstens 10 nm, vorzugsweise von wenigs- tens 20 nm und insbesondere von wenigstens 50 nm und besonders bevorzugt von wenigsten 100 nm und eine Dicke von maximal 5000 nm, vorzugsweise von maximal 500 nm aufweist.
16. Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektorkörper ein Walzprodukt, insbesondere ein Blech, Band oder eine Platte, aus ei- nem walzbaren Aluminium oder Aluminiumlegierung ist und die Rauhigkeit Ra der reflektierenden Oberfläche kleiner als 0,05 μm ist.
17. Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektorkörper ein gewalztes Blech oder Band aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit einer Dicke von 0,1 bis 4 mm, bevorzugt von 0,2 bis 1 ,5 mm und insbe- sondere von 0,3 bis 1 mm ist.
18. Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (4) auf die Reflektorkörperoberfläche oder auf dessen Vorbehandlungsschicht aufgetragen ist.
19. Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Re- flektor einen Reflektorkörper aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, aus einem Eisenmetall oder aus Kunststoff mit einer Reflexionsschicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung enthält und die Schutzschicht auf die Reflexionsschicht aufgetragen ist.
20. Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Re- flektorkörper ein Reflexionsschichtsystem aus einer reflektierenden Schicht und einem reflexionserhöhendem Schichtsystem mit einer oder mehreren auf die reflektierende Schicht aufgebrachten, transparenten Schichten enthält und die abschliessende Schutzschicht auf das Reflexionsschichtsystem aufgebracht ist.
21. Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Re- flektor eine Gesamtreflexion, insbesondere eine Gesamtreflexion im sichtbaren und infraroten Wellenlängenbereich, nach DIN 5036 von grösser als 75%, vorzugsweise von grösser als 85%, und insbesondere von grösser als 90%, aufweist.
22. Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumoberfläche zur Vorbehandlung chemisch oder elektrochemisch geglänzt ist.
23. Verfahren zur Herstellung eines Witterungs- und korrosionsbeständigen Reflektors (1 ) für elektromagnetische Strahlung, insbesondere für Infrarot-Strahlung, sichtbares Licht und Ultraviolett-Strahlung, mit hoher Gesamtreflexion, enthaltend einen Reflektorkörper (2) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit einer reflektierenden Oberfläche oder enthaltend einen Reflektorkörper mit einer eine reflektierende Oberfläche ausbildenden Reflexionsschicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, wobei der Reflektor (1 ) eine aussen liegende, abschliessende transparente Schutzschicht (4) aus einem Sol-Gel-Lack enthält, und der Sol-Gel-Lack aus einem Polysiloxan ist, gekennzeichnet, durch die folgenden Verfahrensschritte: a) säurekatalysierte Hydrolyse eines Gemisches aus einer Lösung A und einer wäss- rigen Lösung B, wobei die Lösung A eine Lösung mit einem ersten und zweiten Al- koxysilan und einem mit der Lösung A mischbaren Lösungsmittel ist, und das erste Alkoxysilan ein Tetraethoxysilan (TEOS) und das zweite Alkoxysilan durch die
Formel XnSi(O C2Hs)4-11 beschrieben wird; b) Auftragen des hydrolisierten Gemisches auf die freie Oberfläche des Reflektorkörpers in einem kontinuierlichen Coil-Coating-Verfahren; c) Einleitung des Kondesationsprozess und Aushärtung und Trocknung der SoI-GeI- Lackschicht in einem Durchlaufofen.
24. Verfahren nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch Hinzufügen von wässriger, kolloidaler Kieselsäure oder von Wasser zum Gemisch aus Lösung A und B nach Ab- schluss der Hydrolyse-Reaktion zwischen den Verfahrenschritten a) und b).
25. Verfahren nach Ansprüchen 24 und 25, gekennzeichnet durch Hinzufügen von 1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gemisch von Lösung A und B, wässriger, kolloidaler Kieselsäure zum Gemisch aus Lösung A und B nach Abschluss der Hydrolyse-Reaktion zwischen den Verfahrenschritten a) und b).
26. Verfahren nach Ansprüchen 23 bis 25, gekennzeichnet durch Hinzufügen von 1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gemisch von Lösung A und B, wässriger, kolloidaler Kie- seisäure mit einem Gehalt von 20 bis 30 Gew.-% SiO2, bezogen auf die wässrige kolloidale Kieselsäure, zum Gemisch aus Lösung A und B nach Abschluss der Hydrolyse- Reaktion zwischen den Verfahrenschritten a) und b).
27. Verfahren nach Ansprüchen 23 bis 26, gekennzeichnet durch Hinzufügen von wässri- ger, kolloidaler Kieselsäure zum Gemisch aus Lösung A und B nach Abschluss der Hydrolyse-Reaktion zwischen den Verfahrenschritten a) und b), wobei die wässrige kolloidale Kieselsäure der Zusammensetzung der Lösung B entspricht.
5 28. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27 dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektorkörper bei Raumtemperatur mit dem hydrolisierten Gemisch beschichtet wird und die Reflektorbeschichtung in einem Durchlaufofen unter Einwirkung von Wärmestrahlung und/oder Konvektionswärme, vorzugsweise unter Beaufschlagung mit erwärmten Gasen, gehärtet und getrocknet wird.
10 29. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorbeschichtung bei einer Temperatur zwischen 110 und 400° C, vorzugsweise zwischen 200 und 3500C und insbesondere zwischen 250 und 3000C während einer Zeit von weniger als 90 Sekunden, vorzugsweise weniger als 60 Sekunden, gehärtet und getrocknet wird.
15 30. Verwendung der Reflektoren nach Anspruch 1 als Reflektoren für Sonnen- oder Kunstlicht und Infrarotstrahlung und als Lichtleitelemente für Sonnen- oder Kunstlicht.
31. Verwendung der Reflektoren nach Anspruch 30 in der Licht- und Leuchtentechnik als Reflektoren in Bildschirmarbeitsplatz-Leuchten, Primärleuchten, Sekundärleuchten, Rasterleuchten, Lichtdecken oder als Lichtumlenklamellen und in der Solartechnik als 20 Solar-Reflektoren in Solar-Kraftwerken, Solar-Kocher oder Solar-Öfen.
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