Eine wissenschaftliche Grundlage für die Entwicklung von Nanoschaum
Wohn- und Arbeitsräume das ganze Jahr über auf einer angenehmen Temperatur zu halten, erfordert eine beträchtliche Menge an Energie für Heizung und Kühlung, die 40% des gesamten Energieverbrauchs in Europa entspricht. Die Entwicklung von nanostrukturiertem Isolierschaum mit verbesserter Leistung, der mit überkritischem Kohlendioxid (supercritical carbon dioxide, scCO2), welches ein geringes Erwärmungspotential besitzt, produziert wird, war das Ziel des EU-geförderten Projekts "New nano-technology based high performance insulation foam system for energy efficiency in buildings" (NANOFOAM)(öffnet in neuem Fenster) . Die Wissenschaftler haben sehr ehrgeizige Ziele wie niedrige Wärmeleitfähigkeit, verbesserte mechanische Eigenschaften, eine bessere Feuerbeständigkeit und Resistenz gegen Feuchtigkeit und Pilze angestrebt. Innerhalb der ersten 21 Monate des Projekts, nutzten sie die Ergebnisse der Modellierungs- und Laborexperimente, um die erforderlichen Prozesse zu bestimmen. Das Team entwickelte und baute eine semi-kontinuierlichen Schäum-Vorrichtung, mit der sich geschmolzenes Polymer mit hohen Konzentrationen von superkritischem CO2 vermischen lassen. Darüber hinaus entwickelten sie Schäumwerkzeugtechnologien, einschließlich einer, bei der ein temperaturgesteuerter Werkzeugblock eingesetzt wird, und testete diese erfolgreich.Es wurden drei Modelle der Wärmeübertragung in Schäumen im Mikro- und Nanomaßstab entwickelt. Das Team entwickelte auch zwei Methoden, um die Strahlungsleitfähigkeit von getrübten Schäumen vorherzusagen, die aufgrund ihrer Fähigkeit, die Strahlungswärmeübertragung zu verringern, vielversprechend sind. Die Modelle wurden getestet und gegen experimentelle Daten zu Schäumen im Mikromaßstab mit und ohne Trübung validiert. Forscher zielten eine Materialporosität von 85% an, die in den nanoskaligen Schäumen demonstriert wurde. Trotz der Demonstration von nanoporösen Strukturen über das Batch-Schäumen gab es Schwierigkeiten, gezielte Porengrößen von 100 Nanometern mit einem kontinuierlichen Prozess zu erreichen.Dennoch hat NANOFOAM einen wichtigen Beitrag zum Verständnis und zur Charakterisierung von Materialien und Verfahren zur Herstellung von nanostrukturierten Isolationsschäumen geleistet, die die Grundlage für die weitere Entwicklung bilden werden. Modelle, experimentelle und Messtechniken werden zusammen mit der neuen semi-kontinuierlichen Verarbeitungsmethodik die Bausteine für künftige Untersuchungen bilden. Es wird erwartet, dass die Ergebnisse von NANOFOAM einen wesentlichen Einfluss auf die Bauenergiekosten und auf die Umwelt haben werden.
