DE102014006336A1 - Herstellungsverfahren für Phase Change Verbund-Material (PCM-V) - Google Patents

Herstellungsverfahren für Phase Change Verbund-Material (PCM-V) Download PDF

Info

Publication number
DE102014006336A1
DE102014006336A1 DE102014006336.4A DE102014006336A DE102014006336A1 DE 102014006336 A1 DE102014006336 A1 DE 102014006336A1 DE 102014006336 A DE102014006336 A DE 102014006336A DE 102014006336 A1 DE102014006336 A1 DE 102014006336A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
pcm
phase change
composite material
change composite
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102014006336.4A
Other languages
English (en)
Inventor
Rainer Busch
Christa Breitenbruch
Peter Gmeiner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE102014006336.4A priority Critical patent/DE102014006336A1/de
Publication of DE102014006336A1 publication Critical patent/DE102014006336A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/02—Materials undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/06—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa
    • C09K5/063—Materials absorbing or liberating heat during crystallisation; Heat storage materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar form; Layered products having particular features of form
    • B32B3/26—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar form; Layered products having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer
    • B32B3/266—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar form; Layered products having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer characterised by an apertured layer, the apertures going through the whole thickness of the layer, e.g. expanded metal, perforated layer, slit layer regular cells B32B3/12
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/16—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by features of a layer formed of particles, e.g. chips, powder or granules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B7/00—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
    • B32B7/04—Interconnection of layers
    • B32B7/12—Interconnection of layers using interposed adhesives or interposed materials with bonding properties
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/02—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials
    • E04C2/04—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of concrete or other stone-like material; of asbestos cement; of cement and other mineral fibres
    • E04C2/049—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of concrete or other stone-like material; of asbestos cement; of cement and other mineral fibres completely or partially of insulating material, e.g. cellular concrete or foamed plaster
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • F28D20/023—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat the latent heat storage material being enclosed in granular particles or dispersed in a porous, fibrous or cellular structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/02—Composition of the impregnated, bonded or embedded layer
    • B32B2260/025—Particulate layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/04—Impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/046—Synthetic resin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2264/00—Composition or properties of particles which form a particulate layer or are present as additives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2264/00—Composition or properties of particles which form a particulate layer or are present as additives
    • B32B2264/10—Inorganic particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/30—Properties of the layers or laminate having particular thermal properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2605/00—Vehicles
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B2103/00—Material constitution of slabs, sheets or the like
    • E04B2103/04—Material constitution of slabs, sheets or the like of plastics, fibrous material or wood
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Abstract

Ein Phase Change Verbundmaterial (PCM-V), dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Formkörper aus mikroverkapselten Paraffinen (Phase Change Material) und einem durch Phaseninversion in einem Fällbad hergestellten Polymerbinder besteht und dieser durch eine obere und untere Deckschicht den PCM-V umschließt wobei die PCM-Micropartikel untereinander aber auch mit der Außenhaut assoziiert sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für Phase Change Verbund-Material (PCM-V) gekennzeichnet dadurch, dass das PCM-V durch Phaseninversion gebildet wird. Die Verwendung eines solchen Verbund-Materials ist für eine freie Kühlung von Wand-, Decken- oder Raumelemente geeignet.
  • Stand der Technik
  • Die Entkopplung von Kälte- und Wärmeerzeugung von Kälte- und Wärmenutzung ist nur durch Speicherung zu erreichen. In der RAL-GZ 896 werden Grundlagen bezüglich der Zyklenstabilität, gespeicherte Wärmemenge, Phasenübergangstemperatur, Nukleationstemperatur und evtl. Wärmeleitfähigkeit beschrieben. Durch die VDI-Richtlinie 2164 werden Definitionen und Auslegungsgrundlagen für praktisch umsetzbare Systemansätze gegeben.
  • Die DE 10 2011 108 755 beschreibt einen offenzelligen Schaum bei dem zumindest eine Seite des Formkörpers teilweise oder vollständig mit einer Schicht versehen ist wobei diese Schicht, aus einem Teil des Formkörpers des offenzelligen Schaums, aus mindestens einem PCM und aus mindestens einem verfestigten polymeren Binder gebildet wird.
  • Die in der DE 10 2011 108 755 genannten Polymere für offenporige Schäume sind Melamin/Formaldehyd-Kondensationsprodukte, PIR (Polyisocyanurat), PU (Polyurethane), Polyimid-Schäume, oder Schäume auf Basis anorganischer Materialien zum Beispiel Alu-Phosphate, Silikate, carbonisierte Schäume oder keramische Schäume.
  • Geeignete PCMs (Phase Changing Materials) sind dem Fachmann bekannt. Beispielhaft werden in WO 2008/095931 oder US 6,765,031 B diese offenbart. Die PCMs haben vorzugsweise einen Schmelzpunkt Tm im Bereich von 20 bis 40°C. Je nach Anwendungsfall können auch PCMs mit anderen Tm, die niedriger oder höher sein dürfen, eingesetzt.
  • Geeignete polymere Binder werden in der EP 0672524 B beschrieben. Es werden härtbare Aminioplastharze wie Melamin-Harnstoff- oder Phenolharze offenbart. Ebenfalls als geeignet benannt werden Epoxid-, Polyester-, oder Acrylharze oder Polymerdispersionen zum Beispiel auf Basis von Acrylaten oder Polyurethanen mit Komponenten wie Silica. Bei den Carbonylverbindungen handelt es sich bevorzugt um Formaldehyd, es kann sich aber auch um höhere Aldehyde oder Ketone handeln. Veretherte Aminoplaste können ebenfalls eingesetzt werden. Im Datenblatt Micronal PCM der BASF werden als hydraulische Bindemittel Gips, Zement, Kalk, Lehm, Wasserglas etc. und als physikalische/thermoplastische/reaktive polymere Bindemittel Acrylate, (E)Vac, HD-LD-PE, POM, PBT, PS, PMMA, PUR, PIR, Epoxy, Leime, Tränkharze etc. genannt.
  • WO 2008/0959931 . Der dort beschriebene offenzellige Schaumstoff ist mit einer wässrigen Dispersion eines PCM beladen. Der offenzellige Schaumstoff ist vollständig getränkt mit dieser Flüssigkeit und ist als latenter Wärmespeicher geeignet.
  • US 6,765,031 B erwähnt einen weiteren offenzelligen Schaum der eine Füllung von mindestens 80% mit PCMs belegt, aufweist. Als polymeres Verdickungsmittel wird beispielhaft ein Co-Polymer aus Styrol und Butadien offenbart.
  • In der WO 2011/000686 A2 wird ein offenzelliger Cellulose-Schaum mit einer PCM Beladung von mindestens 40% Gewicht beschrieben.
  • Aufgabenstellung
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein verfahrenstechnisch vereinfachtes und günstig herstellbares Phase Change Verbundmaterial (PCM-V) zu entwickeln welches einen hohen PCM-Füllungsgrad aufweist, der bei einer geforderten Verfügbarkeit von 6 h und einer geforderten Wärmeleistung von –50 W/m2 und 8 bis 10 KgPCM/m2 bezogen auf die Grundfläche des zu kühlenden Raumes dort zu installieren.
  • Nach B. Boiting und P. Hollenbeck, FH-Münster, Energie Gebäude und Umwelttechnik, HLH Bd. 64 (2013) Nr. 4 – April, S. 108–111, lässt man wie für freie Kühlung von PCM-V üblich, die Raumtemperaturen bis gegen maximal 27°C laufen. Es ergibt sich nun bei einem PCM mit einem Hauptschmelztemperaturbereich von ca. 23°C eine treibende Temperatur von ca. 4 K. Phasenübergangstemperaturen deutlich unter 20°C machen eine Regenration in realistischen Zeiträumen (< 10 h) fast unmöglich da eine Taupunktunterschreitung bei der Regeneration nicht zulässig ist. Andererseits gilt, dass eine Phasenübergangstemperatur deutlich über 23°C den Einsatz von PCMs unwirtschaftlich machen da kaum noch Kühlleistung an den Raum abgeben werden kann.
  • Allgemein gilt, ist man bestrebt eine möglichst häufige und damit primärenergieschonende Regeneration durch freie Kühlung zu erreichen, ist ein Phasenübergang des PCM bei 23°C zu wählen.
  • Überraschender Weise zeigte es sich, dass der in der DE 10 2011 108 755 der mit Zwischenschritten beschriebene Prozess zur Herstellung eines PCM-Verbund, stark vereinfacht wird, wenn die Einbindung des microverkapselten Latenrwärmespeicher (PCM) in situ durch einen Phaseninversionsprozess erfolgt.
  • Poröse oder permeable polymere Schichten können nach verschiedenen Herstellungsarten eingeteilt werden nämlich: geschäumte Schichten (chemisch- und physikalisch), mechanisch porosierte Schichten (Perforationsverfahren durch elektrostatische Spitzenentladung oder Plasmajet oder Recken/Splitten), spezifische Verfahren (Matrix-Fibrillen-Konstruktion oder Einarbeiten löslicher Füllstoffe/Salze oder selektive Verdampfung mit Polyaddition) und weiterhin durch koagulierte Schichten (Verdampfungskoagulation oder isothermische Koagulation von Dispersionen oder ionische Koagulation von Dispersionen oder Koagulation von Polymerlösungen im Fällbad).
  • So zeigte es sich, dass die Fällung dieser PCM/Polymerlösungen auch für Plattendimensionen in einer Länge von 2.0 m, Breite 1.25 m Dicke > 0.02 m durchführbar ist. Platten dieser Abmessungen können geschliffen, gebohrt, gefräst, lackiert oder verklebt werden. Füllungsgrad einer PCM/Polymer-V Platte beträgt mit den Abmessungen 1 m × 1 m und einer Plattendicke von 0.01 m ca. 4.0 Kg/m2 Micronal. Mit einer Plattendicke von 0.015 m kann eine entsprechende Micronal-Beladung von 6.0 Kg/m2 erfolgen. Das Trocken-Micronal-Schüttgewicht liegt bei 300–400 Kg/m3 und einer Partikelgröße von 50–300 μm.
  • Wenn eine Polymerfällung im Fällbad erfolgt spricht man von einer Phaseninversionsmethode d. h. es erfolgt der Übergang vom Sol zum Gel. Hierbei erfolgt der Austausch des Lösungsmittel gegen ein Fällmittel, wenn die Polymerlösung unverzüglich in ein Fällbad eintaucht. Vorteil dieses Verfahren ist die unbegrenzte Löslichkeit von Lösungsmittel und Fällmittel ineinander, wie sie bei DMF und Wasser vorliegt.
  • Die Gelbildung führt zur Ausbildung einer asymetrischen Porenstruktur, da sich bei Eintritt des Sol in das Fällmittel, eine Transportbarriere aufbaut, die das Diffundieren des Lösungsmittel in das Fällmittel, bzw. des Fällmittels in das Sol behindert. Aus diesem Grund erfolgt die Fällung meist bei einem Zusatz von 20 bis 50% Lösemittel im Fällbad, um damit das Diffundieren von Lösungsmittel in das Fällmittel zu steuern. Dieses Prinzip wird erfindungsgemäß bei der Herstellung eines Phase Change Verbund-Material (PCM-V) ausgenutzt.
  • Die für die Phaseninversion geeignete Polymere wie PS, PES, PPSU, PESU, PC, PMMA, PEO, PAN, PU werden unter Einwirkung von Lösemittel wie Aceton, CHCL3, THF, Cyclohexane, Wasser, Toluene, Dimethylacetamid (DMAC), Dimethylformamid (DMF), N-Methylpyrrolidon (NMP), Tetrahydrofuran (THF) verwendet. Für die Phaseninversion zur Herstellung von PCM-V bevorzugte Polymerlösungen sind PPSU/DMF und besonders bevorzugt PESU/DMF. Die Zurückgewinnung von Lösungsmittel kann über eine Rektifikation erfolgen.
  • Die Phaseninversion dieser Polymerlösung, beispielhaft PESU/DMF/Micronal wird durch Änderung des thermodynamischen Zustandes eingeleitet wie durch Verdunsten eines Teils des Lösungsmittel bzw. einer Lösungsmittelkomponente, durch Zugabe einer weiteren Komponente (Fällmittel) in die Lösung oder durch eine Temperaturänderung.
  • Beim Kontakt der Polymerlösung PESU/DMF/Micronal wird ein Stoffaustausch zwischen Lösungs- und Fällmittel spontan ausgelöst welche eine Phasenseperation und die Koagulation der PESU/DMF/Micronal Polymerlösung verursacht. Die Polymerlösung durchläuft bei der Strukturbildung des PCM-V Material die nach Kesting/H.D. Dörfler, Grenzflächen und Kolloidchemie, VCH Verlagsgesellschaft Weinheim, 1994, Schematische Darstellung der Koagulation im Dreiecksdiagramm für das Gemisch Polymer/Lösemittel/Fällmittel die dort beschriebenen Stufen.
  • Die erfindungsgemäß beschriebene PESU/DMF/Micronal Verbund wird durch von miteinander kommunizierenden Poren und Kapillare gebildet der durch die Fällung der Polymerlösung erreicht wird. Der Vorteil dieses hergestellten PCM-V Materials besteht darin, dass unabhängig von Dicke des Materials, Nano-, Micro- oder Makroporen herstellbar sind. Die Porengrößen bewegen sich im Bereich von > 100 nm bis 50 μm und in Ausnahmefällen bis 500 μm und größer.
  • Beeinflussendes Kriterium für die Bildung mikroporöser Strukturen ist die Fällmittelempfindlichkeit, die bei Zugabe von geringen Wassermengen, beispielhaft in einem Wassersprühnebel (rel. Luftfeuchtigkeit > 65%) zur Entstehung von Assozitäten führt. Die Unterstützung der Koagulation durch hohe Luftfeuchtigkeit hat einen großen Einfluss auf die Kinetik und die Porenform der Außenhaut. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass mit einer 80 bis 90% relativen Luftfeuchte die Fällmittelwasserdampfatmosphäre von außen auf die Oberfläche einwirkend, kleine Poren erzeugt. Bei einer gleichzeitigen Zuführung des Fällmittels von außen durch Einfahren in ein Fällbad wird die sich spontan bildende dichte Außenhaut verhindert, die eine weitere Diffusion des Fällmittels in das Innere des PESU/DMF/Micronal-Verbundes, stark verzögern würde. Die Fällbadtemperatur liegt im Bereich zwischen 5°C und 70°C bevorzugt bei 70°C. Eine Wasserzuführung zum Fällbad ist notwendig um die Aufkonzentration an DMF zu vermindern.
  • Ausführungsbeispiele
  • Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren erläutert.
  • In 1 wird ein PCM-V (Phase Change Material Verbund) Element gezeigt. Das PESU/Micronal ist mit PCM-Partikel der Fa. BASF ausgefüllt. Micronal ist ein im Handel verfügbarer microverkapselter Latentwärmespeicher, mit einem Partikeldurchmesser von 50 bis 300 μm. Die Schmelzenthalpie des Wirkstoffes (Paraffin) liegt bei ca. 100 kJ/kg, Hauptpeak Schmelztemperatur ca. 23°C, Hauptpeak Kristallisationstemperatur ca. 22°C.
  • Das Element der 1 besitzt eine untere (2) und eine obere (3) Außenhaut welche Microporen aufweisen kann. Erfindungsgemäß befindet sich zwischen unterer (2) und oberer (3) umschließenden Außenhaut ein PESU/Micronalverbund (4) welcher den Raum zwischen unterer und oberer Außenhaut ausfüllt. Die PCM-Miconalpartikel sind untereinander, aber auch mit der Außenhaut, assoziiert.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Phase Change Material Verbund (PCM-V)
    2
    Deckschicht unten
    3
    Deckschicht oben
    4
    PESU/Micronal Verbund
  • Die erfindungsgemässen PCM-V Polymere wurde in folgender Zusammensetzung hergestellt:
    a) 36 g PESU 190 g DMF 177 g Micronal DS 5040 X
    b) 36 g PPSU 190 g DMF 177 g Micronal DS 5040 X
    c) 36 g PESU 190 g DMF 177 g Micronal DS 5038 X
    d) 36 g PPSU 190 g DMF 177 g Micronal DS 5038 X
    e) 36 g PESU 190 g DMF 177 g Micronal DS 5040 X
    1 g MWCNT
  • Im ersten Schritt wurde jeweils PESU 2020P SR (Ultrason E) bzw. PPSU P 3010 (Ultrason P) der Fa. BASF, Ludwigshafen in jeweils 190 g Dimethylformamid Fa. AppliChem Darmstadt, in einem Magnetrührer für 6 h bei 60°C eingerührt. Je nach gewünschter Festigkeit des PCM-V können die Gewichtsanteile des PESU auf die Micronalmasse verändert werden.
  • Diese Formulierungen wurde auf 20°C abgekühlt. Anschliessend wurde in diese Mixtur eine Menge von jeweils 177 g Micronal DS 5040 X bzw. Micronal DS 5038 X in einem Rührwerk bei einer Umdrehung von 150 U min–1 bei RT zu einer pastösen Formmasse mit den beschriebenen Formulierungen verarbeitet.
  • Bei der unter e) beschriebenen Formulierung wurde 1 g MWCNT der Fa. Nanocyl Belgien, in 190 g DMF bei RT in einem High Shear Mixer für 30 min gerührt. Dieses DMF/MWCNT-Gemisch wurde dann analog der beschriebene Formulierung weiter verarbeitet. Überraschender Weise zeigte es sich, dass die Beimischung der MWCNT's in den PESU/DMF/Micronal Formmasse eine gleichmäßigere Verteilung der Mikroperforation auf der oberen und unteren Deckschicht, sowie im PCM-V selbst erzeugte. Durch die verbesserte Wärmeleitung, hervorgerufen durch die MWCNT's in der Polymerlösung, wird die Phaseninversion durch Änderung des thermodynamischen Zustandes schneller eingeleitet.
  • Der Füllungsgrad der PCM-V Proben mit Micronal (mikroverkapselten Latentwärmespeicher) entsprach mit 402 Kg/m3 der im Datenblatt genannten Schüttdichte von 300 bis 400 Kg/m3 bei einem Feststoffgehalt von > 97% und einer Partikelgröße ca. 50 bis 300 μm.
  • In eine offene Rechteck-Form mit den Abmessungen 20.5 cm × 10.5 cm × 2 cm (Volumen der offenen Form) = 430 cm3 wurden die nach a) bis e) jeweils pastöse PCM-V Formmassen eingefüllt und bei RT für 4 h und einer rel. Luftfeuchtigkeit > 80% gelagert um eine Mikroperforation der beiden Deckschichten durch Phaseninversion einzuleiten.
  • Die Proben wurden dann zur weiteren Phaseninversion in einem Fällbad für weitere 48 h bei 70°C eingelagert. Es zeigte sich, dass bereits nach < 1 h Einlagerung im Fällbad, sich die PCM-V Probe selbständig aus der offenen Form löste.
  • Die Bestimmung der Restfeuchtigkeit in der Probe nach Rücktrocknung wurde mit 3% als ausreichend betrachtet.
  • Bei einer Grundfläche von 1 m2 und Dicke von 1 cm der PCM-V Platte wurden folgende Micronal mikroverkapselte Latentwärmespeichermaterial-Gewichte realisiert:
    Grundfläche Plattendicke Eingebundene Micronalmasse
    1 m2 1.0 cm ca. 4.05 Kg
    1 m2 1.5 cm ca. 6.08 Kg
    1 m2 2.0 cm ca. 8.10 Kg
    1 m2 2.5 cm ca. 10.13 Kg
  • Bei der Ermittlung der Micronalmasse der PCM-V Scheibe wurde der Typ Micronal DS 5040 X und DS 5038 X verwendet. Die Gesamtkapazität (Integr. 10–30°C) liegt nach Datenblatt BASF für diesen Typ bei ca. 136 kJ/Kg.
  • Wie dem Fachmann bekannt ist, können je nach Micronal Partikel-Größe- und Agglomeration der Micronal-Partikel, der Partikel-Durchmesser liegt zwischen 50 bis 300 μm, ein Gewicht zwischen 3.0 Kg/m2 bis zu 4.0 Kg/m2 bei 1 cm Dicke, bei den beschriebenen Plattendimensionen erreicht werden. Bekannt ist dem Fachmann weiterhin, dass PCM-Materialien mit einer Wärmespeicherkapazität von > 200 KJ/Kg auf dem Markt verfügbar sind und beispielhaft durch die Fa. Rubitherm, Berlin angeboten werden.
  • Eine thermische Verformbarkeit des PCM-V Materials kann je nach Füllungsgrad der mikroverkapselten PCM-Partikel erzielt werden wenn die Verformungstemperatur des umhüllenden Thermoplasten, beispielhaft ein Acrylat, überschritten wird. Die Verformungstemperatur liegt unterhalb der Schmelztemperatur des Thermoplast. Hierdurch wird die sonst punktuelle Kontaktfläche, resultierend aus der Kugelform des mikroverkapselten PCM, zu einer bleibenden größeren Kontaktfläche verformt. Dies bewirkt einen höheren Füllungsgrad im Verbund. Durch die Vergrößerung der Kontaktfläche der PCM-Partikel untereinander kann dies zu einer evtl. gewünschten verbesserten Wärmeleitung führen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102011108755 [0003, 0004, 0013]
    • WO 2008/095931 [0005]
    • US 6765031 B [0005, 0008]
    • EP 0672524 B [0006]
    • WO 2008/0959931 [0007]
    • WO 2011/000686 A2 [0009]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • VDI-Richtlinie 2164 [0002]
    • B. Boiting und P. Hollenbeck, FH-Münster, Energie Gebäude und Umwelttechnik, HLH Bd. 64 (2013) Nr. 4 – April, S. 108–111 [0011]

Claims (10)

  1. Ein Phase Change Verbundmaterial (PCM-V), dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Formkörper aus mikroverkapselten Paraffinen (Phase Change Material) und einem durch Phaseninversion in einem Fällbad hergestellten Polymerbinder besteht und dieser durch eine obere und untere Deckschicht den PCM-V umschließt wobei die PCM-Micropartikel untereinander aber auch mit der Außenhaut assoziiert sind.
  2. Phase Change Verbundmaterial dadurch gekennzeichnet, dass der PESU/Micronal Verbund ein Phaseninversionsprodukt ist.
  3. Phase Change Verbundmaterial dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des PCM-V 25 mm, bevorzugt 5 bis 20 mm beträgt.
  4. Phase Change Verbundmaterial dadurch gekennzeichnet, dass die umschließende Außenhaut geschlossen oder eine Microperforation aufweist.
  5. Phase Change Verbundmaterial dadurch gekennzeichnet, dass gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, eine freie Kühlung bezogen auf die Grundfläche des zu kühlenden Raums von minus 50 W/m2 bei einer Phasenübergangstemperatur von 22°C durch einen hohen Füllungsgrad von 8 bis 10 KgPCM/m2 erreicht wird.
  6. Phase Change Verbundmaterial nach Ansprüchen 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass eine mechanische Bearbeitung durch Bohren, Schleifen, Fräsen und das Verkleben mit handelsüblichen Klebstoffen durchführbar ist.
  7. Phase Change Verbundmaterial nach Ansprüchen 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche mit handelsüblichen Reinigung/Lösungsmittel gesäubert werden kann und anschließend mit handelsüblichen Primer/Füllstoffe/Lacke beaufschlagt werden kann.
  8. Phase Change Verbundmaterial nach Ansprüchen 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass ein verbessertes Brandschutzverhalten durch das Einmischen von nanoskaligen SiO2, Calciumsilikat, Bentonite, Aluminiumsilikat, Glimmer, pyrogenen Kieselsäuren, Porenbeton, Diatomeen und Multiwall Carbon Nanotubes in den PCM-V Polymer erzielt wird.
  9. Phase Change Verbundmaterial nach Ansprüchen 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass eine Verwendung zur Raumklimawirkung als Decken- oder Wandelement als freistehendes Raumelement für Kraftfahrzeug-, Eisenbahn-, Schiff- und Flugzeugbau erfolgt.
  10. Verwendung nach Ansprüchen 1 bis 9 als latenter Wärmespeicher.
DE102014006336.4A 2014-04-29 2014-04-29 Herstellungsverfahren für Phase Change Verbund-Material (PCM-V) Ceased DE102014006336A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014006336.4A DE102014006336A1 (de) 2014-04-29 2014-04-29 Herstellungsverfahren für Phase Change Verbund-Material (PCM-V)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014006336.4A DE102014006336A1 (de) 2014-04-29 2014-04-29 Herstellungsverfahren für Phase Change Verbund-Material (PCM-V)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102014006336A1 true DE102014006336A1 (de) 2015-10-29

Family

ID=54261519

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102014006336.4A Ceased DE102014006336A1 (de) 2014-04-29 2014-04-29 Herstellungsverfahren für Phase Change Verbund-Material (PCM-V)

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102014006336A1 (de)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017091855A1 (en) 2015-11-30 2017-06-08 Invaus Pty Ltd Heating and cooling spaces
BE1024246B1 (nl) * 2016-12-13 2018-01-04 Democo Nv Constructiepanelen omvattende faseveranderingsmateriaal
FR3058779A1 (fr) * 2016-11-17 2018-05-18 Placoplatre Panneau de construction chauffant
CN108864869A (zh) * 2018-07-17 2018-11-23 成都市水泷头化工科技有限公司 一种具有调温储能功能的内墙涂料及制备方法
CN110041892A (zh) * 2019-03-21 2019-07-23 深圳市爱能森科技有限公司 一种应用于供暖领域的相变材料及其制备方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0672524B1 (de) 1994-03-15 1999-05-19 Basf Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung von dimensionsstabilen Akustik-Bauteilen
US6765031B2 (en) 2001-02-20 2004-07-20 Vacupanel, Inc. Micropore open cell foam composite and method for manufacturing same
WO2008095931A2 (de) 2007-02-08 2008-08-14 Basf Se Flüssigkeitgetränktes schaumstoffformteil auf basis eines aminoplasten und dessen verwendungen
WO2011000686A2 (en) 2009-07-03 2011-01-06 Basf Se Foam composition
DE102010020021A1 (de) * 2010-05-10 2011-11-10 Deutsche Amphibolin-Werke Von Robert Murjahn Stiftung & Co Kg Verfahren zur Herstellung einer Wärmedämmplatte für Wärmedämm-Verbundsysteme
DE102011108755A1 (de) 2010-08-02 2012-02-02 Basf Se Multifunktionelle Wandelemente
DE102011053947A1 (de) * 2011-09-27 2013-03-28 Contitech Luftfedersysteme Gmbh Artikel, insbesondere Luftfederbalg, mit wärmespeichernden Eigenschaften
WO2013135771A1 (de) * 2012-03-13 2013-09-19 Sgl Carbon Se Graphit und phasenwechselmaterial enthaltende formbare masse und verfahren zur herstellung eines formkörpers aus der masse

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0672524B1 (de) 1994-03-15 1999-05-19 Basf Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung von dimensionsstabilen Akustik-Bauteilen
US6765031B2 (en) 2001-02-20 2004-07-20 Vacupanel, Inc. Micropore open cell foam composite and method for manufacturing same
WO2008095931A2 (de) 2007-02-08 2008-08-14 Basf Se Flüssigkeitgetränktes schaumstoffformteil auf basis eines aminoplasten und dessen verwendungen
WO2011000686A2 (en) 2009-07-03 2011-01-06 Basf Se Foam composition
DE102010020021A1 (de) * 2010-05-10 2011-11-10 Deutsche Amphibolin-Werke Von Robert Murjahn Stiftung & Co Kg Verfahren zur Herstellung einer Wärmedämmplatte für Wärmedämm-Verbundsysteme
DE102011108755A1 (de) 2010-08-02 2012-02-02 Basf Se Multifunktionelle Wandelemente
DE102011053947A1 (de) * 2011-09-27 2013-03-28 Contitech Luftfedersysteme Gmbh Artikel, insbesondere Luftfederbalg, mit wärmespeichernden Eigenschaften
WO2013135771A1 (de) * 2012-03-13 2013-09-19 Sgl Carbon Se Graphit und phasenwechselmaterial enthaltende formbare masse und verfahren zur herstellung eines formkörpers aus der masse

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
B. Boiting und P. Hollenbeck, FH-Münster, Energie Gebäude und Umwelttechnik, HLH Bd. 64 (2013) Nr. 4 - April, S. 108-111
VDI-Richtlinie 2164

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017091855A1 (en) 2015-11-30 2017-06-08 Invaus Pty Ltd Heating and cooling spaces
EP3384222A4 (de) * 2015-11-30 2019-04-24 Invaus Pty Ltd Heizen und kühlen von räumen
EP3848663A1 (de) * 2015-11-30 2021-07-14 Invaus Pty Ltd Heizen und kühlen von räumen
FR3058779A1 (fr) * 2016-11-17 2018-05-18 Placoplatre Panneau de construction chauffant
BE1024246B1 (nl) * 2016-12-13 2018-01-04 Democo Nv Constructiepanelen omvattende faseveranderingsmateriaal
CN108864869A (zh) * 2018-07-17 2018-11-23 成都市水泷头化工科技有限公司 一种具有调温储能功能的内墙涂料及制备方法
CN110041892A (zh) * 2019-03-21 2019-07-23 深圳市爱能森科技有限公司 一种应用于供暖领域的相变材料及其制备方法
CN110041892B (zh) * 2019-03-21 2021-07-09 深圳市爱能森科技有限公司 一种应用于供暖领域的相变材料及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014006336A1 (de) Herstellungsverfahren für Phase Change Verbund-Material (PCM-V)
EP2035112B1 (de) Poröses material mit nanoporöser beschichtung
DE102005039976A1 (de) Partikel aus expandierbarem Polystyrol und daraus erhältliche Formteile mit verbessertem Brandverhalten
DE102008058249A1 (de) Adsorptive Strukturen und ihre Verwendung
CN1906236A (zh) 具有功能表层的发泡聚苯乙烯珠粒、其制造方法,以及使用它的功能化eps产品及其制造方法
DE102005058624A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Adsorberwärmetauschers
EP1841517A1 (de) Grobteilige mikrokapselzubereitung
US20170166720A1 (en) Tannin-modified porous material and methods of making same
EP1705232B1 (de) Dichtungselement
DE2134779C3 (de) Mikroporöses Kunstharz und Verfahren zu dessen Herstellung
US20190144625A1 (en) Polymer matrix composites comprising intumescent particles and methods of making the same
EP1283820B1 (de) Keramisches material mit hoher porösität in gekörnter form
DE102016013415A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines formstabilen, auslaufsicheren Phase Change Material System (PCM - S)
WO2015071215A1 (de) Verfahren zur herstellung einer dämm- und drainageplatte sowie dämm- und drainageplatte
EP2760579A1 (de) Selbsttragende strukturen mit adsorptiven eigenschaften
DE102005061503B3 (de) Verfahren zur Herstellung von Filtern
WO2010146146A1 (de) Beschichtete schaumstoffpartikel
EP1600571A1 (de) Dichtungselement
EP2295390B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines zellularen Sinterformkörpers
WO2010115919A1 (de) Verfahren zur herstellung von hohlkörpern mit eingeschlossenen frei beweglichen partikeln
DE102011102454A1 (de) Anorganisches Bindemittel und Verfahren zur schnellen Verfestigung von Baustoffmaterialien aller Art mittels Begasung mit Kohlendioxid
EP1508552A2 (de) Holzwollespäne-Bauprodukt
DE102011018171A1 (de) Graduelle Hydrophilisierung von Aerogelteilchen
EP2386697A2 (de) Wärmedämmplatten, Wärmedämmsysteme enthaltend diese Wärmedämmplatten und Verfahren zur Herstellung solcher Wärmedämmplatten
DE202008016507U1 (de) Adsorptive Formkörper

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R086 Non-binding declaration of licensing interest
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: C09K0005060000

Ipc: B01J0013080000

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: C09K0005020000

Ipc: B01J0013080000

R016 Response to examination communication
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final