Polymeric Thermotropic Glazings for Overheating Protection: Systematic Polymer Science Based Optimisation of Performance Characteristics

Titel in Übersetzung: Polymere thermotrope Überhitzungsschutzverglasungen: Systematische polymerwissenschaftsbasierte Optimierung der Leistungscharakteristika

Andreas Weber

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Diese Dissertation befasst sich mit der - auf einem systematischen polymerwissenschaftlichen Ansatz beruhenden - Überhitzungsschutzleistungsoptimierung von polymerbasierten thermotropen Überhitzungsschutzverglasungen. Diese Schichten (bei Überschreiten einer Schalttemperatur eine Transmissionsreduktion zeigend) sind für die Verwendung als Überhitzungsschutzverglasungen für Gebäude und speziell für solar-thermische Kollektoren gedacht. Der Fokus lag dabei auf thermotropen Systemen mit fixen Domänen (TSFD), bestehend aus Polymermatrix und darin fein dispergiertem thermotropen Additiv (aktive Komponente, bildet Streudomänen). Aus der Streutheorie war bekannt, dass die Brechungsindexdifferenz zwischen Matrix und Additiv sowie die Streudomänengröße die wichtigsten die Überhitzungsschutzleistung von TSFD beeinflussenden Parameter sind. Deswegen wurde die Erhebung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen zwischen den thermo-refraktiven Eigenschaften der TSFD-Komponenten, der Überhitzungsschutzleistung und der Morphologie der TSFD prioritär behandelt. Dies wurde auf Basis einer systematischen Materialformulierungsstrategie mittles umfassender polymerphysikalischen Charakterisierung der TSFD-Komponenten als auch der hergestellten TSFD bewerkstelligt. Die thermo-refraktiven Eigenschaften der TSFD-Komponenten waren (überwiegend) dermaßen ausgeprägt, dass theoretisch TSFD mit effizienter Überhitzungsschutzleistung erhalten werden konnten. Die tatsächlich erzielten Überhitzungsleistungen waren limitiert. Dies wurde einerseits den in unzureichender Form und/oder Größe entwickelten Streudomänen zugeschrieben. TSFD mit in unzureichender Form und Größe ausgebildeten Streudomänen zeigten eine moderate Reduktion der solar hemisphärischen Transmission. TSFD, die zwar in zweckmäßiger Form (sphärisch) ausgeprägte aber zu große Streudomänen aufwiesen, waren durch geringfügige Änderungen der solar hemisphärischen Transmission gekennzeichnet. Andererseits war die unzureichende Überhitzungsschutzleistung - in Teilen der TSFD - auch aufgetretenen Defekten geschuldet. Defektbehaftete TSFD mit in unzureichender Größe ausgeprägten sphärischen Streudomänen zeigten i.A. eine Zunahme der solar hemisphärischen Transmission. Die Ausbildung der unterschiedlichen Domänenformen wurde den Unterschieden bezüglich der Wechselwirkungen der verschiedenen Matrices und der Additiven zugeschrieben. Jene Additive, die in flüssiger Form in der Matrix löslich waren, bildeten während der Kristallisation aus der homogenen Mischung energetisch günstige Domänenformen (v.a. nicht sphärische) mit entsprechender Größe aus. Bei den in den Matrices nicht löslichen Additiven verhinderten die Viskositätsunterschiede von Matrixmaterial und flüssigem Additiv vermutlich die Ausbildung der sphärischen Streudomänen in einer zweckmäßigen Größe. Die Defektbildung in einigen TSFD wurde unzureichender Adhäsion an den Grenzflächen von Matrix und Additiv sowie thermisch induzierten Effekten (entweder zufolge größerer Expansion/Kontraktion des Additivs im Vergleich zur Matrix zufolge der auftretenden Temperaturen während der TSFD Herstellung oder thermisch induzierte Diffusion des geschmolzenen Additivs) zugeordnet. Die Vermeidung der Defektbildung durch systematische Optimierung der Herstellbedingungen und der Materialformulierung verbesserte die Überhitzungsschutzleistung einer prototypischen TSFD markant: Während das defektbehaftete Ausgangsmaterial eine signifikante Transmissionszunahme zeigte, wies die defektbefreite Schicht eine moderate Transmissionsreduktion bei Überschreiten der Schalttemperatur auf. Allerdings waren die Durchmesser der sphärischen Streudomänen unzureichend. Die Einstellung der Streudomänengröße über ein photoinitiiertes Miniemulsionspolymerisationsverfahren zur Einkapselung des Additivs führte zu einer signifikant verbesserten Transmissionsreduktion der mit diesen Domänen formulierten Schicht.
Titel in ÜbersetzungPolymere thermotrope Überhitzungsschutzverglasungen: Systematische polymerwissenschaftsbasierte Optimierung der Leistungscharakteristika
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Pinter, Gerald, Beurteiler A (intern)
  • Kern, Wolfgang, Beurteiler B (intern)
  • Resch-Fauster, Katharina, Betreuer (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2014

Bibliographische Notiz

gesperrt bis 14-11-2018

Schlagwörter

  • thermotrope Verglasungen
  • Überhitzungsschutz
  • thermotrope Systeme mit fixen Domänen
  • Photopolymerisation
  • Miniemulsion
  • Streudomänen
  • Morphologie
  • Struktur-Eigenschafts-Beziehungen
  • Spektroskopie

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