Mit Infrarot-Absorbern zu einem effektiven Wärmemanagement

In einer Zeit der globalen Erwärmung und sich verknappender Ressourcen bei den primären Energieträgern erlangen energieeffiziente Wärmemanagementsysteme eine immer größere Bedeutung. Organische Verbindungen, die gezielt Infrarotstrahlung absorbieren, könnten hierbei eine wichtige Schlüsselrolle übernehmen.

Gemeinsam mit einer Arbeitsgruppe um Professor Klaus Müllen vom Mainzer Max-Planck-Institut für Polymerforschung ist es Chemikern der BASF gelungen, neuartige organische Verbindungen zu synthetisieren, welche gezielt Strahlung im nahinfraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums zurückhalten und sich als selektive Filter verwenden lassen. Wegen ihrer besonderen Eigenschaften werden diese Substanzen auch als NIR-Absorber bezeichnet.

Die neuen organischen Verbindungen gehören zur chemischen Klasse der “Oligo-peri-Naphthaline”, die auch als “Rylene” bezeichnet werden. Das einfachste Homologe dieser Reihe ist das Naphthalin selbst, eine farblose Verbindung, die früher in Mottenpulvern Verwendung fand. Ihr folgt Perylen, der aus zwei Naphthalineinheiten aufgebaute Grundkörper einer Reihe von hochwertigen Rotpigmenten sowie diversen Fluoreszenzfarbstoffen, das bereits im langwellig roten Bereich absorbierende Terrylen und schließlich das NIR-aktive Quaterrylen mit vier Naphthalineinheiten.

Quaterrylene sind extrem photo- und temperaturstabil, witterungsbeständig, chemisch inert und umweltverträglich – alles Eigenschaften, die sie zu einem idealen Wärmeschutzadditiv für eine Vielzahl transparenter Anwendungen im Architektur- und Automobilbereich machen. So kommen Quaterrylene bereits in zahlreichen Gebäuden in Form von Sicherheitsverglasungen zum Einsatz. Derartige Glasscheiben bestehen aus dünnen, stark dehnbaren Kunststoff-Folien, die mechanisch fest miteinander verbunden sind. Diese Folie enthält auch den Quaterrylen-NIR-Absorber. Während sichtbares Licht diese Sandwichstruktur fast ungehindert passieren kann, werden große Teile der NIR-Strahlung aus dem einfallenden Sonnenlicht in der Folie absorbiert und in Wärme umgewandelt. Dies wird über klassische Wärmeleitung an die äußeren Oberflächen der beiden Glasscheiben transportiert und von der vorbeiströmenden Luft angeführt.

“Durch konsequente Weiterentwicklung vorhandener Produktlinien ist es gelungen, ein komplettes Sortiment anorganischer Buntsegmente mit verringerte NIR-Absorption zu etablieren, das in Verbindung mit einem geeigneten reflektierenden Untergrund ein kostengünstiges, aber hocheffekties solares Energiemanagement auch im opaken Systemen erlaubt”, unterstreicht Dr. Arno Böhm vom Bereich “Funktionelle Farbmittel” im Unternehmensbereich Veredlungschemikalien der BASF AG. Bei einer Reihe von plättchenförmigen Effektpigmenten, die sich wiederum in besonderer Weise zur Erzeugung von Flip-Flop-Frabeffekten eignen, könne sogar völlig auf den reflektierenden Untergrund verzichtet werden. Diese Pigmente würden bereits “von Haus aus” hervorragende NIR-Reflexionseigenschaften aufweisen.

Die Zukunft des solaren Energiemanagements sieht Experte Böhm unter anderem bei der weiteren Effizienzsteigerung transparenter Systeme. “Diese wird über die Kombination unterschiedlicher, aber miteinander kompatibler Wärmemanagementtechnologien in Verbindung mit Infrarot-Breitbandreflektoren erreicht. Weitere Entwicklungsrichtungen seien schaltbare Funktionalitäten und die energetische Nutzung “solarer Abwärme” mit Hilfe integrierter photovoltaischer Systeme.