Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Leichte und schmutzabweisende wärmeisolierende nanoporöse Textilbeschichtungen

Die Energieeinsparung erfordert wärmedämmende Maßnahmen in unterschiedlichen Bereichen und die Entwicklung neuer Produkte. Projektziel ist der Aufbau einer hocheffektiven, dünnen wärmeisolierenden Beschichtung mit geschlossenen Nanoporen für textile Flächen. Zentrale Aspekte sind die mechanische Stabilität der aufgebrachten Schicht, ihre Unempfindlichkeit gegenüber Wasseraufnahme, die Applikation aus wässriger Dispersion und ein hoher Porenanteil, der das spezifische Gewicht der Beschichtung klein hält. Derzeit werden als leichte Dämmstoffe poröse Polymersysteme benutzt, die aufgrund ihrer Porengröße im µm-Bereich eine größere Dicke aufweisen müssen. Mit Reduzierung der Porengröße unter die mittlere freie Weglänge der Gasmoleküle kann die Wärmeleitfähigkeit stark herabgesetzt werden. Am DWI ist es gelungen, nanoporöse SiO2-Teilchen durch ein einfaches Verfahren aufzubauen. Basis sind neue amphiphile SiO2-Precusorpolymere, die in Wasser selbstaggregierende Strukturen bilden und durch basische Kondensation in nanoporöse SiO2-Nanohohlteilchen umgewandelt werden können. Durch Einbringen dieser Teilchen in Kombination mit größeren kommerziellen Hohlteilchen (zur Vergrößerung des Gasvolumens) in Polymermatrices werden leichte, thermisch isolierende, flexible nanoporöse Textilbeschichtungen entwickelt. Dies ist für Textilien interessant, die bei geringem Eigengewicht über gute Isoliereigenschaften verfügen sollen, u.a. Zeltdächer, Membranen, Innenraumdämmungen, Markisen und PSA. Durch Gewichtsreduzierung ergeben sich wirtschaftliche Vorteile, u.a. durch geringere statische Anforderungen an den Unterbau oder körperliche Entlastung der Handwerker durch Tragen leichterer Materialien. Neben Materialherstellern profitieren Handwerksbetriebe, bei denen es sich nahezu ausschließlich um KMU handelt. Durch Bemusterung der PA-Mitglieder mit SiO2-Nanohohlteilchen für eigene Beschichtungsversuche erfolgt bereits während der Projektlaufzeit ein direkter Ergebnistransfer.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des Vorhabens war die Entwicklung einer hocheffektiven wärmeisolierenden Beschichtung mit geschlossenen Nanoporen für textile Flächen. Um die nanoporöse Struktur in den Beschichtungen zu realisieren, wurden nanoporöse SiO2-Aerogel-Mikroteilchen und SiO2-Nanohohlteilchen entwickelt, die handelsüblichen Filmbildnern zugesetzt wurden.

Die Synthese der Teilchen erfolgte durch Selbstorganisation von PEGylierten Polyethoxysiloxanen in Wasser mit anschließender basischer Kondensation. Niedrigere PEGylierungsgrade unterstützen die Bildung von Aerogel-Teilchen, höhere die von Hohlteilchen. Durch Co-Kondensation von Tetraethoxysilan und Methyltriethoxysilan mit anschließender PEGylierung des Kondensationsproduktes gelang es zudem, in Wasser dispergierbare Aerogel-Teilchen mit hydrophobem Inneren herzustellen. Die Aerogel-Teilchen zeichnen sich im Vergleich zu Nanohohlteilchen durch geringere Wärmeleitfähigkeit aus. Die wässrigen Formulierungen wurden durch Einmischen von Aerogel-Teilchen in die wasserbasierten Polymerdispersionen erhalten. Die Herstellung von gefüllten Plastisolen erfolgte durch Dispergieren von PVC-Latexteilchen und Aerogel-Teilchen in einem Weichmacher. Die Beschichtung von Textilien erfolgte mittels Walzenrakel und anschließender Thermofixierung. Es wurde gezeigt, dass die Teilchen in den Beschichtungen homogen verteilt sind, wobei die nanoporöse Struktur erhalten bleibt. Grundsätzlich wurde die Wärmeleitfähigkeit des beschichteten Textils durch den Zusatz an Aerogel-Teilchen zur Beschichtungsmasse reduziert. Insbesondere wurde die Wärmestrahlung durch die eingebrachten Teilchen signifikant beeinflusst, was sich neben einer reduzierten Strahlungstransmission und Strahlungsabsorption in einer erhöhten Strahlungsreflektion äußert.

Die Nutzung der Forschungsergebnisse erfolgt in den Fachgebieten Chemie, Werkstoffe und Materialien, Verfahrenstechnik, Klima- und Umwelttechnik, Konstruktion, Elektrotechnik und Bautechnik.