Fraunhofer-Gesellschaft

Publica

Hier finden Sie wissenschaftliche Publikationen aus den Fraunhofer-Instituten.

Untersuchung zum Kristallisationsverhalten in n-Octadecan-Wasser-Dispersionen

 
: Hagelstein, Georg
: Henning, Hans-Martin; Bartsch, Eckhard

:
Volltext urn:nbn:de:bsz:25-freidok-1038906 (8.1 MByte PDF)
MD5 Fingerprint: c1c6705123543a794e8b225c32956a07
Erstellt am: 14.3.2020


Freiburg/Brsg., 2019, XII, 167 S.
Freiburg/Brsg., Univ., Diss., 2018
Deutsch
Dissertation, Elektronische Publikation
Fraunhofer ISE ()

Abstract
Ein häufiges Problem bei dispergierten Phasenwechselmaterialien (PCM) ist die relativ starke Unterkühlung. Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung der Nukleationsmechanismen an nicht-ionischen Tensiden und Nukleation-fördernden Additiven in n Octadecan-Wasser-Dispersionen. Da die Tenside in der Regel nur einen geringen Effekt auf die Unterkühlung haben und ein paar Studien zeigen, dass die Nukleation-fördernde Wirkung von Additiven durch thermisch-mechanische Belastungen reduziert werden kann, sollte auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse eine oberflächenaktive Substanz gefunden werden, die die Tensid-Funktion und die Nukleation-fördernde Wirkung der Additive vereint. Mit diesem System sollte die Annahme bestätigt werden, dass die Nukleation-fördernde Wirkung von wasserlöslichen Tensiden gegenüber thermisch-mechanischen Belastungen resistent ist. Aus kalorimetrischen Messungen und Partikelgrößenbestimmungen durch Lichtstreuung wurden für die PCM-Dispersionen volumenbezogenen Nukleationsraten ermittelt, die die aus der Nukleationstheorie hergeleiteten Nukleationsmechanismen verifizieren. Die Analysen bestätigen außerdem, dass die nicht-ionischen Tenside mit einer linearen Alkylkette im Wesentlichen nur die Oberflächenenergie der endständigen CH3-Fläche der n Octadecan-Cluster beeinflussen können und somit die Unterkühlung um maximal 2.5 K reduziert werden kann. Die temperaturabhängigen Röntgenbeugungsanalysen von PCM-Dispersionen mit Additiven zeigen, dass vor allem kristalline Grenzflächen mit Alkan-ähnlicher Kristallstruktur (Rotatorphase) die Nukleation signifikant beeinflussen können (Unterkühlung bis <2 K). Weiterhin wurde eine Korrelation zwischen der Nukleation-fördernden Wirkung und der Phasenseparationstemperatur der Additive festgestellt, wobei die Phasenseparationstemperatur hauptsächlich von der Molmasse und der Konzentration des Additivs im PCM abhängt. Es wird postuliert, dass thermisch-mechanische Belastungen zu einer reduzierten Konzentration der Additive in den PCM-Partikeln und damit zu einer geringeren Nukleation-fördernden Wirkung führen. Als alternatives System werden PCM-Dispersionen entwickelt, die durch das wasserlösliche Polymer Polyvinylalkohol (PVA) stabilisiert werden. Die Polyvinylalkohole vermögen die Unterkühlung auf <2 K zu reduzieren, wobei die Nukleation-fördernde Wirkung auch nach 10000 thermisch-mechanischen Belastungszyklen stabil bleibt. Da die Kristallstruktur von PVA Ähnlichkeiten zur Rotatorphase der Alkane aufweist, wird ein Nukleationsmechanismus postuliert, bei dem die Oberflächenenergie der seitlichen Alkan-Fläche durch teilkristalline Bereiche des PVA positiv beeinflusst wird. Somit konnte ein Tensid-System gefunden werden, dass eine hohe Nukleation-fördernde Wirkung aufweist, die auch nach über 10000 thermisch-mechanischen Belastungszyklen stabil bleibt.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-581281.html