防腐蝕用的涂層材料及具有該涂層材料的太陽能接收器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種防腐蝕用的涂層材料以及一種具有這種涂層材料的太陽能接收器。該涂層材料包含：含有樹脂的粘合劑(13)，該樹脂包含以下物質(zhì)中的至少一種：低聚硅氧烷或聚硅氧烷、有機硅樹脂、有機硅、硅酸鹽和磷酸鹽，并且所述樹脂溶解于溶劑中；含有平均粒徑至少為1μm的鋅微粒(14)的顏料，其特征在于：在該涂層材料中存在包含平均直徑不超過100nm的鈦氧化物或氧化硅的納米顆粒(15)的附加顏料。有利的是，所述涂層具有除歸因于鋅顆粒(14)應(yīng)用的防腐蝕效果之外的自愈效果(17)。
【專利說明】防腐蝕用的涂層材料及具有該涂層材料的太陽能接收器
[0001]本發(fā)明涉及一種防腐蝕用的涂層材料(Schichtmaterial)。所述涂層材料具有包含樹脂且溶于溶劑的粘合劑。該樹脂包含以下物質(zhì)中的至少一種:低聚硅氧烷或聚硅氧烷、有機硅樹脂、有機硅、硅酸鹽和磷酸鹽。此外，該粘合劑含有顏料，其包含平均直徑至少為I微米的鋅微粒(Mikropartikeln)。此外,本發(fā)明還涉及一種用于太陽能發(fā)電廠的太陽能接收器，包括由金屬制成的吸收管(Absorberrohr)和由玻璃制成的套管(Hilllrohr)，該套管圍繞所述吸收管以形成空腔(zwischenraum),其中該空腔是氣密密封的。
[0002]在引言中指出的此類涂層材料例如由W02009/129783A2而已知。本文所公開的涂層材料包含可被無機物包封(umhilllen)的金屬顆粒。包封是旨在達(dá)到比使用純鋅層更好的防腐蝕結(jié)果。然而，顆粒的包封也能導(dǎo)致鋅的防腐蝕效用被減弱。另一方面，金屬顆粒的包封改善了其用于防腐蝕的長期效用，因為即使在鋅顆粒暴露于涂層中(例如涂層受損)的情況下，其仍能減慢它們的快速腐蝕。換句話說，因使用包封的金屬顆粒而得到改進(jìn)的防腐蝕的長期效用得自于在未受損的涂層中使直接保護(hù)效果弱化的事實。
[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種防腐蝕用的涂層材料(Schichtmaterial),該涂層材料包含鋅顆粒且既確保改善的防腐蝕效用又確保改進(jìn)的長期穩(wěn)定性。
[0004]此外，本發(fā)明的目的在于開拓這種涂層材料的有利的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0005]本發(fā)明的目的是通過引言所述的涂層材料來實現(xiàn)的，因為另一種包含平均粒徑最大為IOOnm的氧化鈦或氧化娃納米顆粒(nanopartikeln)的顏料存在于該涂層材料中。還可使用氧化鈦和氧化硅的混合物。使用具有納米級顆粒(下文統(tǒng)稱為納米顆粒)的顏料的優(yōu)勢在于，一方面可省去所使用的鋅微粒的包封。因而，鋅微粒能有利地發(fā)揮其防腐蝕的全部效用。另一方面，使用附 加染料/包含氧化鈦和/或氧化硅納米顆粒的附加顏料(weiterePigment)而不是鋅顆粒的涂料(Beschichtung)。由于這種顏料包含納米顆粒,在涂層硬化后納米顆粒仍能在涂層材料中進(jìn)一步遷移。因而，在使用該涂層時形成了以下的保護(hù)機制。優(yōu)選在小于100°C的溫度下就會硬化的涂料系統(tǒng)(lacquer system)主要通過充當(dāng)陰極防腐蝕保護(hù)的鋅顏料(微粒)來保護(hù)金屬組分不受腐蝕。這以金屬組分整體更加高級(edler)為前提。例如鐵和鋼就是這種情況，因為相對于氫，鋅的標(biāo)準(zhǔn)電勢為-0.76V而鐵的標(biāo)準(zhǔn)電勢為-0.4V。在高達(dá)300°C的溫度范圍可輕而易舉地利用由鋅顏料所實現(xiàn)的陰極防腐蝕保護(hù)。若優(yōu)選包含鐵合金的組分處于風(fēng)化(WitteruntgseinflUssen)作用下(例如潮濕、鹽、溫度)，鋅顏料則優(yōu)選經(jīng)受腐蝕侵襲并因而表現(xiàn)為犧牲陽極的功能。
[0006]使用納米級的鈦或氧化硅(納米顆粒)在涂層受損的情況下仍能使涂層穩(wěn)定化。這種穩(wěn)定化是由自我修復(fù)過程引起的。在受損的情況下，暴露鋅顏料并由此形成了正表面電荷。若沒有隨后的自我修復(fù)過程，則由于腐蝕侵襲，鋅會很快被降解，屆時防腐蝕作用將不再得到保證。然而，氧化鈦和/或氧化硅的納米顆粒帶有負(fù)表面電荷并因此會向受損處遷移。由此，受損處得到覆蓋并在暴露出的鋅顏料上形成涂層，這就在該處替換了所述涂層材料的基體。從而，鋅顏料在受損處的降解再次得以減緩，其結(jié)果是就功能而言可認(rèn)為所述涂層是可自我修復(fù)的。
[0007]現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，若鋅微粒的平均直徑最高不超過100 μ m,則可使所述效果得以優(yōu)化。若氧化鈦或氧化硅的納米顆粒的平均直徑最低不低于lOOnm，則可進(jìn)一步有利地簡化所述涂層材料的制造。
[0008]此外，根據(jù)本發(fā)明的另一方案，可加入包含氧化硅、氧化鋯或氧化硅的附加顏料，這些顆粒的平均直徑至少為I μ m。這些附加顏料用作填料并提高了涂層的熱穩(wěn)定性。然后，后者也可承受更高的溫度，無論如何有必要將鋅的熔點415°C列入考慮。
[0009]此外，還可進(jìn)一步添加輔料(HilfsstofTe)。疏水性二氧化硅(hydrophobe
KieseIs^iure)可作為用于固體添加劑的觸變劑和抗沉降劑助劑(分散劑)。此外。由于疏
水性二氧化硅的疏水特性，它也提高了待制備的涂層的保護(hù)效用?？商砑覫~3質(zhì)量％的疏水性二氧化硅。除了已經(jīng)提到的物質(zhì)，在此文中還列舉了氧化硅、氧化鋯、氧化硅、碳納米管和氮化硼納米管(Bornitrit Nanotub es)。
[0010]此外，在引言中提及的本發(fā)明的目的通過用于太陽能發(fā)電廠的包含由金屬制成的吸收管的的太陽能接收器來實現(xiàn)。所述吸收管被容納在由玻璃制成的套管中，以使這兩個管之間形成空腔。該空腔是氣密密封的。實現(xiàn)該目的所憑借的是，太陽能接收器的外部可
進(jìn)入(zugdnglich).部分配備有由經(jīng)硬化的涂層材料制得的涂層(在透明套管外部)，該涂
層按上文所述的方式配置。因此，具體而言，該涂層材料包含含樹脂的基體，所述樹脂包含上述物質(zhì)。此外，在基體中摻入作為顏料的鋅微粒以及摻入作為附加顏料的氧化鈦和/或氧化硅納米顆粒。由于涂層已硬化，溶劑從樹脂中完全或至少大部分蒸發(fā)，由此形成了硬化的涂層材料。
[0011]此外，太陽能接收器的一個實施方式提供了由焊縫來保證縫隙的氣密密封。根據(jù)本發(fā)明，將該焊縫設(shè)置在具有硬化的涂層材料的太陽能接收器的外部可進(jìn)入部分。這有利于使隔離環(huán)(Distancing)得到可靠的防腐蝕保護(hù)。隔離環(huán)的外部可進(jìn)入部分一端與套管鄰接以及另一端與吸收管鄰接。這些連接處(Stelle)同樣優(yōu)選由涂層材料覆蓋。由此，對于氣密密封的密封處也能有效地抵御腐蝕。
[0012]在附圖的基礎(chǔ)上，下文將描述本發(fā)明的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。附圖中相同或相應(yīng)的元件在各情況下具有相同的參照標(biāo)記，并且只在各個圖之間有差異的地方給予重復(fù)說明，其中:
[0013]圖1和圖2示出了本發(fā)明實施例的涂層材料的示意性斷面，以及
[0014]圖3示出了本發(fā)明實施例的太陽能接收器的縱向斷面。
[0015]如圖1所示，將涂層11施加至組件12。該涂層具有包含粘合劑13的基體，該粘合劑中摻入鋅微粒14。此外，鈦氧化物和/或氧化硅的納米顆粒15在粘合劑13中均勻分布。另外，還可在基體中提供填料顆粒16，例如氧化鋁。
[0016]圖2示出了對比圖1的涂層結(jié)構(gòu)。但圖2中未提供填料顆粒16。然而，圖2示出了以裂縫形式存在的損傷17是如何改變涂層結(jié)構(gòu)的。可以清楚地看到個別鋅微粒14a暴露在裂縫的表面18中。這導(dǎo)致暴露的微粒14a的腐蝕速率增加，并因而在裂縫表面18上局部形成正表面電荷。由于氧化物納米顆粒15因其小尺寸能夠在由粘合劑13形成的涂層基體中遷移，從而因其負(fù)表面電荷，它們在擴散區(qū)25 (點劃線表示的陰影)內(nèi)部遷移至裂縫表面18，在那里它們產(chǎn)生聚集。特別地，暴露的鋅微粒14a也會被覆蓋，并因而再次降低了它們的活性且達(dá)到(level out)相當(dāng)于在粘合劑13中完全摻入的鋅微粒14的水平。因此，就所述涂層11的防腐蝕性能而言，可能表示為自我修復(fù)。雖然損傷17仍然存在，但是在涂層的這片區(qū)域中腐蝕未被加速，并且因此在這點上，組件12仍是處于抵抗腐蝕攻擊的保護(hù)狀態(tài)下。
[0017]圖3示出了由吸收管20、套管21和隔離環(huán)22構(gòu)成的太陽能接收器19。隔離環(huán)22促使吸收管20被安裝在套管21的中心，從而形成了空腔23。該空腔被視為絕緣層。
[0018]為了使套管21和吸收管20的不同的膨脹系數(shù)得到補償，經(jīng)由缺口 30(例如間隙配合(Spielpassung))(以放大形式表示)在吸收管20上可移動地安裝隔離環(huán)22。設(shè)置由金屬板(Blech)制成的波紋管31來補償隔離環(huán)22在吸收管20上的軸向移動以獲得內(nèi)部空間23的氣密密封。這些波紋管通過在吸收管20上的基座環(huán)32來獲得支承，其中后者通過對焊連接(Schwei β verb indung) 33來固定。波紋管31和基座環(huán)32間的連接可以是沖壓連接(Pressverbindung) 34。隔離環(huán)22和波紋管31之間的連接通過中間環(huán)35來實現(xiàn)，該中間環(huán)35同樣通過沖壓連接的方式連接于波紋管31。連接環(huán)35和隔離環(huán)22也通過對焊接連接36在它們的接合處連接。這在隔離環(huán)22和中間環(huán)35之間提供了氣密密封。
[0019]為了保護(hù)通過焊縫33、36形成的空腔23的牢固密封區(qū)域，將涂層24施加在這些區(qū)域，所述涂層例如具有如圖1中的以未詳細(xì)示出的方式示出的形態(tài)。這導(dǎo)致對焊縫33、36的從外部可進(jìn)入的部分的腐蝕保護(hù)。鄰近的部分可同樣被涂覆(未示出)。
[0020]甲基有機硅樹脂溶液或甲基苯基有機硅樹脂溶液能夠用作例如粘合劑。這些物質(zhì)的商用名稱例如為Wacker公司的Silres? REN50、REN60或REN80。另一種可行方案是疏水二氧化硅的應(yīng)用。這種能夠購自例如Wacker公司，商用名稱為HDK H13L或HDK H15。這些物質(zhì)溶于丁醇、二甲苯或這些溶劑的混合物。當(dāng)使用這些溶劑時，室溫就足以用于干燥。若以I~3重量％的濃度將二氧化硅(Kieselsiiure)添加至該涂層材料，則其能同時作
為用于固體添加劑的分散劑和觸變劑發(fā)揮作用。此外，其能給予待制造的涂層表面以疏水性。所述涂層材料能夠例如作為涂料來加工。加工所使用的顆粒以形成包含所述溶劑和粘合劑的并且作為顆粒分散體被加工的涂料系統(tǒng)。如果使用特定的甲基聚硅氧烷樹脂(例如
Wacker公司的Silres? MSF100)，那么在使用催化劑的情況下以及在室溫和50%的相對空
氣濕度下，涂料在半個小時內(nèi)硬化至可觸碰的堅固程度。酸、堿、錫、鋅、鈦和鋯的化合物可以用作催化劑。因為微粒必然包含鋅，所以在涂料系統(tǒng)中確保了催化劑的存在。 [0021]可以通過噴涂、浸潰或涂刷(streichen)的方式來施加所述涂料系統(tǒng)。對于應(yīng)用于太陽能接收器上的防腐蝕涂層的制造，優(yōu)選使用壓縮空氣槍來進(jìn)行噴涂。這利于在鋪設(shè)位點(Baustelle)起效。由此，也易于對已安裝好的設(shè)備進(jìn)行維修。另一方面，還易于將壓縮空氣槍整合進(jìn)太陽能接收器的初始安裝的過程。在這種情況下，例如可使用氣動控制的自動槍(pneumatisch gesteuerte Automatikpistolen)。
【權(quán)利要求】
1.一種防腐蝕用的涂層材料， ?包含含有樹脂的粘合劑(13)，所述樹脂包含以下物質(zhì)中的至少一種:低聚硅氧烷或聚硅氧烷、有機硅樹脂、有機硅、硅酸鹽和聚磷酸鹽，并且所述樹脂溶于溶劑中， ?包含含有平均直徑至少為I μ m的鋅微粒(14)的顏料， 其特征在于， 包含平均直徑至多為IOOnm的氧化鈦或氧化硅納米顆粒(15)的附加顏料存在于所述涂層材料中。
2.權(quán)利要求1所述的涂層材料，其特征在于，所述鋅微粒(14)具有的平均直徑至多為100 μ m0
3.權(quán)利要求1或2所述的涂層材料，其特征在于，所述氧化鈦或氧化硅納米顆粒(15)具有的平均直徑至少為10nm。
4.上述權(quán)利要求中任一項所述的涂層材料，其特征在于，所述涂層材料包含含有氧化硅、氧化鋯或氧化硅的附加顏料作為填料，其中這些顆粒(16)的平均直徑至少為I μ m。
5.用于太陽能發(fā)電廠的太陽能接收器，包括， ?由金屬制成的吸收管(20)， ?由玻璃制成的套管(21)，所述套管圍繞所述吸收管(20)以形成空腔(23)， 其中所述空腔(23)是氣密密封的， 其特征在于， 所述套管外的太陽能接收器的外部可進(jìn)入部分至少部分地設(shè)置有經(jīng)硬化的由前述權(quán)利要求中任一項所述的涂層材料制成的涂層(24)。
6.權(quán)利要求5所述的太陽能接收器，其特征在于，由焊縫(22)來確保所述空腔(23)的氣密密封，其中所述焊縫(22)在其外部可進(jìn)入部分設(shè)置有經(jīng)硬化的由前述權(quán)利要求中任一項所述的涂層材料制成的涂層(24)。
【文檔編號】C09D5/10GK103958622SQ201280055895
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月16日
【發(fā)明者】V.盧森, G.溫克勒 申請人:西門子公司