TY - THES

T1 - Charakterisierung des Lichtstreuverhaltens und der Morphologie von thermotropen Verglasungen auf Thermoplastbasis

AU - Seemann, Michael

N1 - gesperrt bis 17-11-2013

PY - 2010

Y1 - 2010

N2 - Thermotrope Systeme mit fixierten Domänen (TSFD) sind funktionale Schichten die aus thermotropen Additiven bestehen, die statisch in einem Matrixmaterial (meist ein Duromer) eingebettet sind und als Streudomäne fungieren. Diese Additive ändern bei Erreichen eines Temperaturschwellwerts, der so genannten Schalttemperatur (i.A. der Schmelztemperatur des Additivs) sprunghaft ihren Brechungsindex, wodurch eine Änderung des Strahlungstransmissionsvermögens der TSFD eintritt. Wird die Schalttemperatur wieder unterschritten geht die Schicht wieder in ihren Ausgangszustand über. Die vorliegende Arbeit befasste sich mit der Herstellung und Analyse von TSFD mit Thermoplastmatrix. Es wurden TSFD mit einer Matrix aus Polymethylmethacrylat (PMMA) bzw. aus cyclischen Olefin Copolymeren (COC) und unterschiedlichen polaren und unpolaren Substanzen als thermotrope Komponenten compoundiert. Das Granulat wurde anschließend bei unterschiedlichen Verarbeitungstemperaturen zu Platten mit einer Dicke von ~0,4 mm verpresst. Die TSFD wurden zunächst morphologisch hinsichtlich Streudomänengröße und -verteilung untersucht. Weiters wurden die Proben hinsichtlich ihrer solar-optischen Eigenschaften als Funktion der Temperatur mittels UV/Vis/NIR Spektroskopie charakterisiert, wobei zur Probentemperierung zwei unterschiedliche Probentemperierkammern verwendet und verglichen wurden. Lichtmikroskopische und rasterkraftmikroskopische Untersuchungen zeigten über die Schichtdicke gleichmäßig verteilte, annähernd kugelförmige Streudomänen mit Durchmessern zwischen 200 nm und 12 µm, wobei die Streudomänengröße von der gewählten Verarbeitungstemperatur abhängig war. Auch die Strahlungstransmissionseigenschaften der TSFD änderten sich in Abhängigkeit der zur Schichtherstellung verwendeten Verarbeitungstemperatur. Es wurde jedoch kein unmittelbarer Zusammenhang zwischen der Streudomänengröße und den Lichtstreueigenschaften der Schichten festgestellt. Die Art der Probentemperierung erwies sich als signifikante Einflussgröße auf die detektierte solare Transmission. In Heizaufbau A wurde die Probe von allen Seiten gleichmäßig durchwärmt. Es ergaben sich Schalttemperaturen der TSFD zwischen 59 und 91 °C. Aufgrund der die Probe allseitig umgebenden Heizelemente erreichte jedoch nicht die ganze von der Probe transmittierte Strahlung (insbesondere der gestreute Anteil) den Detektor, weshalb die Messergebnisse kalibriert werden mussten. Die hemisphärische solare Transmission änderte sich von 56 bis 81 % im ungeschalteten Zustand auf 73 bis 90 % im geschalteten Zustand. Durch Heizaufbau B erfolgte die Probenerwärmung nur von einer Seite, weshalb die Schalttemperaturen der TSFD aufgrund einer ungleichmäßigen Probentemperierung zu höheren Werten verschoben wurden, wobei kein klarer Schaltpunkt erkennbar war. Es ergaben sich bei diesem Heizaufbau jedoch keine Streustrahlungsverluste. Im ungeschalteten Zustand zeigten die TSFD Prototyp-Schichten eine hemisphärische solare Transmission zwischen 59 und 87 %. Im geschalteten Zustand wurden hemisphärische solare Transmissionsgrade zwischen 79 und 88 % bestimmt. Der Vergleich des Schaltverhaltens der TSFD mit thermischen Übergängen im Additiv aus Messungen mittels Differential Scanning Calorimetry ergab eine ausgezeichnete Korrelation.

AB - Thermotrope Systeme mit fixierten Domänen (TSFD) sind funktionale Schichten die aus thermotropen Additiven bestehen, die statisch in einem Matrixmaterial (meist ein Duromer) eingebettet sind und als Streudomäne fungieren. Diese Additive ändern bei Erreichen eines Temperaturschwellwerts, der so genannten Schalttemperatur (i.A. der Schmelztemperatur des Additivs) sprunghaft ihren Brechungsindex, wodurch eine Änderung des Strahlungstransmissionsvermögens der TSFD eintritt. Wird die Schalttemperatur wieder unterschritten geht die Schicht wieder in ihren Ausgangszustand über. Die vorliegende Arbeit befasste sich mit der Herstellung und Analyse von TSFD mit Thermoplastmatrix. Es wurden TSFD mit einer Matrix aus Polymethylmethacrylat (PMMA) bzw. aus cyclischen Olefin Copolymeren (COC) und unterschiedlichen polaren und unpolaren Substanzen als thermotrope Komponenten compoundiert. Das Granulat wurde anschließend bei unterschiedlichen Verarbeitungstemperaturen zu Platten mit einer Dicke von ~0,4 mm verpresst. Die TSFD wurden zunächst morphologisch hinsichtlich Streudomänengröße und -verteilung untersucht. Weiters wurden die Proben hinsichtlich ihrer solar-optischen Eigenschaften als Funktion der Temperatur mittels UV/Vis/NIR Spektroskopie charakterisiert, wobei zur Probentemperierung zwei unterschiedliche Probentemperierkammern verwendet und verglichen wurden. Lichtmikroskopische und rasterkraftmikroskopische Untersuchungen zeigten über die Schichtdicke gleichmäßig verteilte, annähernd kugelförmige Streudomänen mit Durchmessern zwischen 200 nm und 12 µm, wobei die Streudomänengröße von der gewählten Verarbeitungstemperatur abhängig war. Auch die Strahlungstransmissionseigenschaften der TSFD änderten sich in Abhängigkeit der zur Schichtherstellung verwendeten Verarbeitungstemperatur. Es wurde jedoch kein unmittelbarer Zusammenhang zwischen der Streudomänengröße und den Lichtstreueigenschaften der Schichten festgestellt. Die Art der Probentemperierung erwies sich als signifikante Einflussgröße auf die detektierte solare Transmission. In Heizaufbau A wurde die Probe von allen Seiten gleichmäßig durchwärmt. Es ergaben sich Schalttemperaturen der TSFD zwischen 59 und 91 °C. Aufgrund der die Probe allseitig umgebenden Heizelemente erreichte jedoch nicht die ganze von der Probe transmittierte Strahlung (insbesondere der gestreute Anteil) den Detektor, weshalb die Messergebnisse kalibriert werden mussten. Die hemisphärische solare Transmission änderte sich von 56 bis 81 % im ungeschalteten Zustand auf 73 bis 90 % im geschalteten Zustand. Durch Heizaufbau B erfolgte die Probenerwärmung nur von einer Seite, weshalb die Schalttemperaturen der TSFD aufgrund einer ungleichmäßigen Probentemperierung zu höheren Werten verschoben wurden, wobei kein klarer Schaltpunkt erkennbar war. Es ergaben sich bei diesem Heizaufbau jedoch keine Streustrahlungsverluste. Im ungeschalteten Zustand zeigten die TSFD Prototyp-Schichten eine hemisphärische solare Transmission zwischen 59 und 87 %. Im geschalteten Zustand wurden hemisphärische solare Transmissionsgrade zwischen 79 und 88 % bestimmt. Der Vergleich des Schaltverhaltens der TSFD mit thermischen Übergängen im Additiv aus Messungen mittels Differential Scanning Calorimetry ergab eine ausgezeichnete Korrelation.

KW - Überhitzungsschutz

KW - thermotrop

KW - Verglasung

KW - fixierte Domänen

KW - Transmission

KW - Schalttemperatur

KW - Schalthub

KW - Spektroskopie

KW - Rasterkraftmikroskopie

KW - Streuung

KW - Brechungsindex

KW - Schaltverhalten

KW - overheating protection

KW - sun protection

KW - thermotropic

KW - glazing

KW - scattering

KW - fixed domains

KW - spectroscopy

KW - atomic force microscopy

KW - transmittance

KW - treshold temperature

KW - switching

M3 - Masterarbeit

ER -