Ziel der Entwicklung
In dem Forschungsvorhaben sollten polymergebundene, ausblutungsfreie und funktionalisierte Wärmespeichermaterialien auf Basis organischer Phasenwechselmaterialien (PCM) entwickelt werden. Die intrinsische Verbesserung der Bindung der PCMs an die polymere Matrix zu ausblutungsfreien Compounds sollte durch die Verwendung nanoskaliger, organisch modifizierter Schichtsilikate in Verbindung mit funktionalisierten organischen PCMs in Form von langkettigen Alkoholen und Alkoholether erfolgen. Die extrinsische Verbesserung des Ausblutungsverhaltens sollte über spezielle Verfahren der Mehr-Komponenten-Folienextrusion, dem Mehr-Komponenten-Spritzguß, sowie der in-situ-Folienkaschierung umgesetzt werden.
Ziel ist die Realisierung eines hochkapazitiven Plattenwärmespeichers in Form eines Prototypenaufbaus, der aus auslaufsicheren PCM-Compoundplatten mit optional verbesserter Wärmeleitfähigkeit besteht.
Vorteile und Lösungen
Die Innovation besteht darin, dass die bisher verwendeten Phasenwechselmaterialien auf Basis hochreiner Paraffine durch langkettige Alkohole und Alkoholether substituiert wurden. Die bisher verwendeten reinen Paraffine weisen einen breiten Schmelzbereich (20K) auf. Durch die erfolgreiche Einarbeitung von Alkoholen und Alkoholether in die polymere Matrix kann nun ein PCM-Compound angeboten werden, welches eine engen Schmelzbereich (<10K) sowie wie eine um 30 Prozent höhere Wärmekapazität aufweist (180J/g). Dieser enge Phasenwechselbereich erschaffen dem Kunden neue Möglichkeiten. So können eng temperierte Systeme hergestellt werden, die eine wesentliche Verbesserung der bisher möglichen Speicherdichte erreichen. Ein weiterer Vorteil ist, dass anstelle der erdölbasierenden n-Paraffine erstmals synthetisch hergestellte Paraffinderivate (wie beschrieben) zum Einsatz kommen. Dadurch ist eine völlige Abkopplung zur umweltbelastenden Erdölindustrie möglich. Weiterhin stellt die extrinsische Verkapselung mit unterschiedlichen Verbundfolien durch Verwendung der in-situ-Folienkaschierung eine Innovation gegenüber den bisher gebräuchlichen dickwandigen Umhausungen in Form von Kunststoff- oder Metallbehältern dar. Hierdurch wurde der Aufbau eines ausblutungsfreien Schichtverbundes mit wesentlich höheren Wärmekapazitäten gegenüber herkömmlichen PCM-Behältern durch die Erzeugung hinreichend dünner Polymerschichten als PCM-Barriere ermöglicht. Die entwickelten PCM-Plattenverbunden können somit durch einfache Schneidwerkzeuge anwendungsspezifisch konfiguriert werden. Auch die weiterhin vorhandene thermoplastische Verarbeitbarkeit des PCM-Granulats ermöglicht die Umsetzung von applikationsnahen Produkten.
Zielgruppe und Zielmarkt
Durch die Umsetzung dieses Projektes wurden Grundlagen zur Weiterentwicklung des PCM-Compounds in Form von Granulat und Verbundplatten gelegt, sodass weitere anwendungsspezifische Forschungstätigkeiten realisiert werden können. Mit Hilfe der Ergebnisse konnte ein Entwicklungsprojekt zur Klimatisierung von Prothesenschäften umgesetzt werden. Die Integration des PCM-Compounds in die Prothese verhindert das Schwitzen durch Aufnahme der Stauwärme und erhöht somit den Komfort des Prothesenträgers. In einem aktuellen Projekt werden die unter anderem modifizierte PCM-Verbundplatten in „Weiße Ware“ eingesetzt. Ziel ist es, durch Wärme- und Kältespeicherung und zeitversetzter Abgabe energieeffizientere Haushaltsgeräte zu entwickeln. Aktuell sind zwei weitere Projekte gestartet, die zum einen die passive Wurzelklimatisierung zur Ertragssteigerung sowie zum anderen wärme- und kältespeichernden Transportfolien für temperatursensible Güter beinhalten. Des Weiteren wurde zurzeit ein hausinternes Projekt zur Raumtemperierung umgesetzt. Durch die Integration der entwickelten PCM-Verbundplatten in eine Fußbodenspeicherheizung wird über mehrere Heizperioden die Funktionsfähigkeit getestet. Vielversprechend ist auch das momentan beantragte Technologietransferprojekt zum Aufbau einer Strangextrusionsanlage zur Herstellung eines hochkapazitiven PCM-Fadens in einem Textiltechnologieunternehmen.