Fest-Fest-Phasenwechselmaterialien als Energiespeicher
Projektleiter: Martin Geißenhöner
Projektnummer: 49MF210152
Laufzeit: 01.02.2022 – 31.07.2024
Aufgabenstellung
In diesem Projekt wurden gezielte Polymersynthesen durchgeführt zur Herstellung von fest-fest-PCM-Polyalkylacrylaten, fest-fest-PCM-Polyalkylmethacrylaten sowie auch einzelner fest-fest-PCM-Co-Polymere (wie z.B. Poly(alkyl)acrylate-co-methylmethacrylate) aus entsprechend verfügbaren Alkylacrylaten bzw. Alkylme-thacrylaten (bzw. Methylmethacrylsäure als zusätzliches Co-Monomer bei bestimmten fest-fest-PCM-Co-Polymeren). Ziel war es, polymergebundene PCM-Materialien zu entwickeln, bei denen die PCM-Komponente fest und auslaufsicher über Seitenkettenanbindung an die Polyacrylat- bzw. Polymethacrylatkette chemisch verknüpft ist (side-chain grafting). Hierbei standen die beiden radikalischen Polymerisationsverfahren Fällungspolymerisation in einem für das Alkylacrylat- bzw. Alkylmethacrylat geeigneten Lösungsmittel sowie Emulsionspolymerisation im Vordergrund, um bulk-like Polymerisat des jeweiligen fest-fest-PCM-Polymers zu erlangen.
Ergebnisse
Von diesen zunächst im Labormaßstab und später bei technologischem Up-scaling der beiden Polymerisationsverfahren erlangten fest-fest-PCM-Polymeren, wurden wichtige chemisch-physikalische Parameter bestimmt:
- fest-fest Umwandlungsenthalpie bis zu 115-120J/g
- Aufheizpeaks im Bereich von 16 bis 62°C
- Unterkühlung bis zu 10K
- Zustand: klebrig und Pulverform
Aus ausgewählten Zusammensetzungen wurden anwendungsnahe Probekörper gefertigt und in Form eines Demonstrators auf die thermischen Eigenschaften getestet. Die fest-fest-PCM-Polymere wurden in Gips sowie in Polyurethanschäumen integriert. So konnte etwa durch die Integration des PCM in Gips eine latente Wärmespeicherkapazität von 2,17 Wh/dm² erzielt werden, was ca. 217 Wh/m² entspricht.
Anwendung
Als Zielmärkte sind vor allem die Gebäudetechnik mit Warmwasseraufbereitungsanlagen zu sehen, darunter etwa thermische Rohrleitungsisolierungen, bei denen man dicke, flexible Umhüllungsfolien bzw. Platten aus den fest-fest PCM-Granulaten nutzen kann. Weiterhin ist die Erhöhung der thermischen Masse von Fertigbauelementen wie Gipskartonplatten oder Dämmplatten ein weiteres Einsatzgebiet. Andere interessante Bereiche sind die Medizin- sowie die Elektrotechnik, bei denen das flexible Eigenschaftsprofil des fest-fest PCM Compounds (in Kombination mit Verbundstrukturen) Vorteile beim Einsatz bringt.
