Optimierung der Dämmwirkung und Verarbeitbarkeit nanostrukturierter Polymerschäume zur Anwendung in Vakuumisolationspaneelen für ressourcen- und klimaeffiziente Endanwendungen (Poly2Vac)

Abstract

Das Ziel des Verbundvorhabens Poly2Vac bestand in der Weiterentwicklung nanostrukturierter Polymerschäume (SUMFOAM) als alternatives Kernmaterial für Vakuumisolationspaneele (VIPs), um ressourcen und klimaeffiziente Hochleistungswärmedämmungen für anspruchsvolle Anwendungen zu realisieren. Schwerpunktmäßig adressierte das Projekt den Einsatz in thermischen Transportlösungen, insbesondere für die globale Distribution temperaturempfindlicher Medizinprodukte wie Impfstoffe, bei denen hohe Anforderungen an Dämmleistung, Gewicht, Lebensdauer und Nachhaltigkeit bestehen. Die Aufgabenstellung umfasste die gezielte Optimierung der thermischen Eigenschaften, der Verarbeitbarkeit und der Langzeitstabilität der nanostrukturierten Polymerschäume sowie deren Integration in VIPs und komplette Transportlösungen. Durch die Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit im evakuierten und belüfteten Zustand, eine verbesserte Evakuierbarkeit und ein kontrolliertes Alterungsverhalten sollten VIPs entwickelt werden, die mit etablierten Systemen auf Basis pyrogener Kieselsäure vergleichbar sind, dabei jedoch deutlich geringere Dichten, geringeren Materialeinsatz und verbesserte Recyclingfähigkeit aufweisen. Neben dem primären Anwendungsfeld der Pharmalogistik zielte das Vorhaben darauf ab, das Einsatzspektrum der entwickelten SUMFOAM VIPs perspektivisch auch auf weitere Bereiche, wie das energieeffiziente Bauen, technische Dämmungen sowie weitere Transport und Industrieanwendungen, auszuweiten. Damit adressierte das Projekt sowohl aktuelle gesellschaftliche Herausforderungen im Kontext globaler Gesundheitskrisen als auch langfristige Anforderungen an Ressourceneffizienz und Klimaschutz. Insgesamt konnte die Strahlungswärmeleitfähigkeit durch geeignete IR-Trübungsmittel, optimierte Struktur und Zusammensetzung signifikant reduziert werden, so dass präparierte VIPs mit Nanoschaum-Kern Wärmeleitfähigkeiten unterhalb von 4 mW/(m·K) erreichten. Eine gasdruckabhängige Charakterisierung und Modellierung bestätigte dabei eine bimodale Porenstruktur aus Makro- und Mesoporen. Damit wurde grundsätzliche Machbarkeit belegt, wobei zukünftige technische Umsetzungen entsprechende Prozessoptimierungen erfordern.