TY - THES

T1 - Herstellung und Charakterisierung thermotroper Systeme mit fixierten Domänen

AU - Mikl-Resch, Markus Johannes

N1 - gesperrt bis 26-05-2014

PY - 2010

Y1 - 2010

N2 - Thermotrope Systeme mit fixierten Domänen (TSFD) bestehen aus Additiven, die statisch in einem Matrixmaterial (ein UV vernetzendes Duromer) eingebettet sind und bei Erreichen eines Temperaturschwellwerts, der so genannten Schalttemperatur sprunghaft ihren Brechungsindex ändern. Dadurch wird eine reversible Änderung des Strahlungstransmissionsvermögens der TSFD initiiert. Die vorliegende Arbeit beschäftigte sich mit der Untersuchung des Einflusses der Materialzusammensetzung und der Herstellungsbedingungen auf die Überhitzungsschutzeffizienz von TSFD. Hierzu wurden zahlreiche TSFD auf Basis zweier UV vernetzender Acrylatharze als Matrixmaterial hergestellt. Als Additive wurden unterschiedliche polare und unpolare Additive mit unterschiedlicher chemischer Struktur, Morphologie und Schalttemperatur verwendet. Die polymerphysikalische Charakterisierung umfasste die Analyse der thermischen Eigenschaften der Additive und der thermotropen Schicht mittels Differential Scanning Calorimetry (DSC) sowie Untersuchungen zur Additivverteilung in der TSFD über Infrarotspektroskopie im Modus der abgeschwächten Totalreflexion (ATR Spektroskopie). Die Bestimmung der Transmission der TSFD als Funktion der Temperatur im Solarstrahlungsbereich sowie der Schalttemperatur und der Schaltcharakteristik der TSFD erfolgte mit einem UV/Vis/NIR-Spektrophotometer. Bei TSFD welche mit polaren Additiven formuliert wurden, konnte keine signifikante Änderung der Strahlungstransmission mit steigender Temperatur festgestellt werden. Es wurde nachgewiesen, dass sich die polaren Additive beim Herstellungsprozess im Matrixharz lösen und bei der anschließenden Vernetzung keine Streudomänen ausbilden. Bei den TSFD welche mit unpolaren Additiven formuliert wurden, änderte sich die hemisphärische Transmission von Werten zwischen 49 und 69 % im ungeschalteten Zustand auf Werte zwischen 54 und 75 % oberhalb der Schalttemperatur, welche je nach verwendetem Additiv zwischen 50 und 70 °C variierte. Die Lichtstreueffizienz der TSFD unterhalb und oberhalb der Schalttemperatur zeigte eine starke Abhängigkeit vom eingesetzten Matrixharz sowie von der Molmasse des verwendeten Additivs. Zudem war ein signifikanter Einfluss der Temperaturführung während des Probenherstellungsprozesses (UV Vernetzung) auf das Lichtstreuverhalten der TSFD beobachtbar. Durch den Schaltprozess kam es zu einer Anreicherung des Additivs an der Oberfläche der TSFD. Der Vergleich des Schaltverhaltens der TSFD mit thermischen Übergängen im Additiv ergab eine ausgezeichnete Korrelation.

AB - Thermotrope Systeme mit fixierten Domänen (TSFD) bestehen aus Additiven, die statisch in einem Matrixmaterial (ein UV vernetzendes Duromer) eingebettet sind und bei Erreichen eines Temperaturschwellwerts, der so genannten Schalttemperatur sprunghaft ihren Brechungsindex ändern. Dadurch wird eine reversible Änderung des Strahlungstransmissionsvermögens der TSFD initiiert. Die vorliegende Arbeit beschäftigte sich mit der Untersuchung des Einflusses der Materialzusammensetzung und der Herstellungsbedingungen auf die Überhitzungsschutzeffizienz von TSFD. Hierzu wurden zahlreiche TSFD auf Basis zweier UV vernetzender Acrylatharze als Matrixmaterial hergestellt. Als Additive wurden unterschiedliche polare und unpolare Additive mit unterschiedlicher chemischer Struktur, Morphologie und Schalttemperatur verwendet. Die polymerphysikalische Charakterisierung umfasste die Analyse der thermischen Eigenschaften der Additive und der thermotropen Schicht mittels Differential Scanning Calorimetry (DSC) sowie Untersuchungen zur Additivverteilung in der TSFD über Infrarotspektroskopie im Modus der abgeschwächten Totalreflexion (ATR Spektroskopie). Die Bestimmung der Transmission der TSFD als Funktion der Temperatur im Solarstrahlungsbereich sowie der Schalttemperatur und der Schaltcharakteristik der TSFD erfolgte mit einem UV/Vis/NIR-Spektrophotometer. Bei TSFD welche mit polaren Additiven formuliert wurden, konnte keine signifikante Änderung der Strahlungstransmission mit steigender Temperatur festgestellt werden. Es wurde nachgewiesen, dass sich die polaren Additive beim Herstellungsprozess im Matrixharz lösen und bei der anschließenden Vernetzung keine Streudomänen ausbilden. Bei den TSFD welche mit unpolaren Additiven formuliert wurden, änderte sich die hemisphärische Transmission von Werten zwischen 49 und 69 % im ungeschalteten Zustand auf Werte zwischen 54 und 75 % oberhalb der Schalttemperatur, welche je nach verwendetem Additiv zwischen 50 und 70 °C variierte. Die Lichtstreueffizienz der TSFD unterhalb und oberhalb der Schalttemperatur zeigte eine starke Abhängigkeit vom eingesetzten Matrixharz sowie von der Molmasse des verwendeten Additivs. Zudem war ein signifikanter Einfluss der Temperaturführung während des Probenherstellungsprozesses (UV Vernetzung) auf das Lichtstreuverhalten der TSFD beobachtbar. Durch den Schaltprozess kam es zu einer Anreicherung des Additivs an der Oberfläche der TSFD. Der Vergleich des Schaltverhaltens der TSFD mit thermischen Übergängen im Additiv ergab eine ausgezeichnete Korrelation.

KW - TSFD

KW - thermotropic

KW - PCM

KW - thermotrop

KW - TSFD

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KW - M

KW - thermotrop

KW - PCM

M3 - Diplomarbeit

ER -