Institut für Textil- und Verfahrenstechnik · Institut für Textil- und Verfahrenstechnik...

Institutsleiter: Prof. Dr.-Ing. Götz T. Gresser

Institut für Textil- und Verfahrenstechnik

Wärmereflektierende

Beschichtungen auf innenliegenden

Sonnenschutzgeweben

Volkmar v. Arnim, Helmar Abele, Benjamin Ewert, Thomas Stegmaier

Forum Funktionalisierung, Hohenstein, 20. Januar 2016

© ITV Denkendorf 1

Institut für Textilchemie und Chemiefasern

Institut für Textil- und Verfahrenstechnik

Zentrum für Management Research

ITV Denkendorf Produktservice GmbH

Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF)

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Kenndaten 2014

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Anwendungsorientierte Forschung vom Molekül bis zum Produkt

Gegründet 1921, Stiftung des öffentlichen Rechts

307 Beschäftigte

Erlöse 31,0 Mio. €

KMU-Anteil 60%

Industrie: 30% aus BW, 45% national, 25% international

25.000 m² Forschungs- und Produktionsfläche

Forschung mit industriellen Pilotanlagen

Fokus technische Textilien und Life Science

Anbindung an Uni Stuttgart/HS Reutlingen über 3 Lehrstühle und 2 Professuren

Forschungsprojekte an den DITF (%)

Gesundheit und Medizin 21

Mobilität und Verkehr 19

Umwelt und Energie 23

Kommunikation und Information 10

Bau und Funktionalität 12

Textiltechnologische Prozesse 15

Forschungsprojekte und Erlöse 2014

4

Faser und Garn Fläche Funktionalisierung ProduktPolymer

Erlösarten DITF (%)

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Klimatisierung im Büro

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http://www.ergo-online.de

USA: ca. 100% klimatisiert

Deutschland: ca. 50% (Tendenz steigend)

Energie Büroraumkühlung (D):

20 kWh/m²·a / 5.000 gWh/a

www.eia.gov/emeu/cbecs/cbecs2003/officereport/office_print.pdf

Büroempfehlung

Energieflüsse einer vollklimatisierten

Büroetage (Altbau, Sommerwoche)

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Quelle: Klimaschutz durch Reduzierung des Energiebedarfs für Gebäudekühlung, Umweltbundesamt, UBA-FB 001467, 2011

!Solareintrag > 50%

Sonneneinstrahlung auf die Erdoberfläche

Solarer Energieeintrag bis zu 1 kW/m²

ca. 50% der Sonneneinstrahlung im sichtbaren Licht

ca. 45% im unsichtbaren nahen Infrarot (NIR)

ca. 6% im unsichtbaren Ultraviolett (UV-A & UV-B)

Sonneneinstrahlung auf die Erdoberfläche

Solarer Energieeintrag bis zu 1 kW/m²

ca. 50% der Sonneneinstrahlung im sichtbaren Licht

ca. 45% im unsichtbaren nahen Infrarot (NIR)

ca. 6% im unsichtbaren Ultraviolett (UV-A & UV-B)

Wärmestrahlung warmer Körper (bis 200°C) überwiegend im mittleren IR (MIR)

Lichttechnisches Verhalten

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VIS

NIR

Wunsch:

Partielle Transmission des VIS

(Helligkeit*)

Partielle diffuse Reflexion des VIS

(keine Spiegelung*)

Vollständige Reflexion des NIR

Keine Absorption (VIS + NIR)

(Erwärmung)

800 - 2.500 nm

*Für Büros u.a. geregelt durch Bildschirmarbeitsverordnung DIN EN ISO 9241 – 6 und §§ 1,3 ff Arbeitsschutzgesetz (ArbschG).

Zentrale F&E-Arbeiten

Entwicklung von

Beschichtungs-

systemen.

Beschichtung von

Textilien

Lichttechnische

Charakterisierung

• Infrarotreflektierende Pigmente (Pulver oder als Dispersion) & NIR-transparente Binder

• Rakelauftrag Standard-Sonnenschutzgewebe ( ggfs. Siebdruck- und Laminiertechniken)

• Transmissions-/Reflexionsmessung (IR 780 – 3000 nm & VIS 380 – 780 nm)

Recherche NIR-reflektierende Pigmente

In der Regel Metalle und Metalloxide (Beispiele)

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• A review of near infrared reflectance properties of metal oxide nanostructures, V. Fang J.et al., GNS Science Report 2013/39, July 2013

• Near Infrared 45 ° /0 ° Reflectance Factor of Pressed Polytetrafluoroethylene (PTFE) Powder [J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 104, 185 (1999)]

TiO2

ZnO

AlAg

Au

PTFE ungesin

tert

BaSO4

Cd2•

SnO4

Fe2O3

Cr2O3

Metalle:

• stark reflektierend (gerichtet)

• glänzend

• farbig (grau/ dunkel)

Metalloxide:

• Variabel reflektierend (diffus)

• weiße Varianten

• farbige Varianten

• z.T. schwermetallhaltig

Recherche NIR-reflektierende Pigmente

TiO2-Varianten

+ Weiß (Farbneutral)

+ Umweltverträglich

+ Günstig

+ Etabliert

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TiO2

Spektrale Transmission Polyurethanfilm

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VIS NIR MIR

Polyurethanfilm ist im

VIS und NIR transparent

Zentrale F&E-Arbeiten

Entwicklung von

Beschichtungs-

systemen.

Beschichtung von

Textilien

• Infrarotreflektierende Pigmente (Pulver & Dispersion) & NIR-transparente Binder

• Rakelauftrag Standard-Sonnenschutzgewebe

• Wässrige Polyurethandispersion

• TiO2-basierte reflektierende Pigmente (ca. 10 Gew %)

• Rakelfähige Pasten

• Auftragsgewicht: ca. 100 -150 g/m²

Zentrale F&E-Arbeiten

Entwicklung von

Beschichtungs-

systemen.

Beschichtung von

Textilien

Lichttechnische

Charakterisierung

• Infrarotreflektierende Pigmente (Pulver oder als Dispersion) & NIR-transparente Binder

• Rakelauftrag Standard-Sonnenschutzgewebe ( ggfs. Siebdruck- und Laminiertechniken)

• Transmissions-/Reflexionsmessung (VIS 380 – 780 nm & NIR/MIR 780 – 4000 nm)

Messtechnik

UV / VIS / IR - Spektrometer am ITV

messbarer Spektralbereich: 220 nm – 25 µm

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Bruker, Vertex 80

Messung der Transmission und Reflexion

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Bruker,

Vertex 80

Messung mit Integrationskugel

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Bruker,

Vertex 80

Transmission

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Transmittance

Gerichtete Reflexion

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Reflectance

Spektrale Analyse weißes Gewebe

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VIS NIR MIR

(unbeschichtet)

Spektrale Analyse weißes Gewebe

(beschichtet mit Weißpigment)

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VIS NIR MIR

(beschichtet)

Spektrale Analyse weißes Gewebe

(Vergleich unbeschichtet & beschichtet)

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Reflexion

Transmission

VIS NIR MIR

(beschichtet)(unbeschichtet)

Messungen an Sonnenschutztextil

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unbeschichtet Weißpigment Pigmentmischung weiß/braun

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Weißes GewebeG1 O

Reflexion sichtbares LichtReflexion naher InfrarotbereichReflexion Wärmestrahlung (MIR)Transmission sichtbares LichtTransmission naher InfrarotbereichTransmission Wärmestrahlung (MIR)

Messungen an Sonnenschutztextil

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unbeschichtet Weißpigment Pigmentmischung weiß/braun

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Weißes GewebeG1 O

Reflexion sichtbares LichtReflexion naher InfrarotbereichReflexion Wärmestrahlung (MIR)Transmission sichtbares LichtTransmission naher InfrarotbereichTransmission Wärmestrahlung (MIR)

Messungen an Sonnenschutztextil

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unbeschichtet Weißpigment Pigmentmischung weiß/braun

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Weißes GewebeG1 O

Reflexion sichtbares LichtReflexion naher InfrarotbereichReflexion Wärmestrahlung (MIR)Transmission sichtbares LichtTransmission naher InfrarotbereichTransmission Wärmestrahlung (MIR)

Messungen an Sonnenschutztextil

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unbeschichtet Weißpigment Pigmentmischung weiß/braun

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Weißes GewebeG1 O

Reflexion sichtbares LichtReflexion naher InfrarotbereichReflexion Wärmestrahlung (MIR)Transmission sichtbares LichtTransmission naher Infrarotbereich

VIS

NIR

NIR

MIR

MIR

Reflexion Transmission

VIS

Solare Energieeinträge

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Stärkster Effekt

IR-reflektierender Pigmente

bei gefärbten Geweben:

Energieeinträge NIR << VIS

Zusammenfassung

Solarer Anteil ca. 50% des Wärmeeintrags in Büro

Fast 50% des solaren Energieeintrags ist Wärmestrahlung (NIR)

Weiße Gewebe haben im VIS und NIR ähnliche spektrale

Eigenschaften

TiO2-Pigmente haben hohe VIS- und NIR-Reflektivität

PUR sind im VIS und NIR transparent

Durch PUR/TiO2-Beschichtungen wurden 70% der Wärmestrahlung

(NIR) reflektiert

Bei gefärbten PUR/TiO2-Beschichtungen war der NIR-Reflexionsgrad

50% höher als die VIS-Reflexion

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Danksagung

© ITV Denkendorf 30

Zweigart & Sawitzki GmbH & Co. KG

Fronäckerstraße 50

71063 Sindelfingen

Andreas Georgii

www.itv-denkendorf.de

Vom Material zum Produkt

ITV Denkendorf 31

Dr. Volkmar v. Arnim

E-mail: volkmar.arnim@itv-denkendorf.de

Tel.: 0711 9340 237

Körschtalstrasse 26

D-73770 Denkendorf

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit