Vulkanische Gasemissionen sind bedeutsam für die lokale sowie globale Atmosphärenchemie. Die Entdeckung der Halogenchemie in Vulkanfahnen brachte neue Erkenntnisse über die Dynamik von Vulkanen und gibt möglicherweise Aufschluss über deren Eruptionspotential. Mehrere Feldmessungen führten zu großen Erfolgen in der Erforschung von reaktiven Halogenspezies (z. B. BrO, OClO, ClO). Jedoch ergaben sich auch viele Unklarheiten über die zugrundeliegenden Mechanismen und Umweltparameter wie Spurengas- und Aerosolzusammensetzung der Vulkanfahne, relative Feuchte oder der Bedeutung von potentieller NOX Emission. Der Einfluss sowie die Bedeutung dieser Parameter bezüglich der Halogenaktivierung (Umwandlung von Halogeniden in reaktive Halogenspezies (RHS)) ist essentiell für die Interpretation der Messdaten, um, z.B. (1) Rückschlüsse über die magmatischen Prozesse zu ziehen und Vorhersagen über Eruptionen mithilfe des Verhältnisses BrO zu SO2 zu machen, oder (2) den Einfluss auf die Zerstörung von Ozon, die Oxidation von Quecksilber oder die Verringerung der Lebensdauer von Methan in der Atmosphäre zu quantifizieren. Dieses Projekt soll dazu dienen, anhand eines vereinfachten Modells einer Vulkanfahne (SiO2 und Schwefelaerosole, H2O, CO2, SO2, HCl, HBr) unter kontrollierten Bedingungen die vulkanische Halogenchemie besser zu verstehen. Dazu soll in einer aus Teflon bestehenden Atmosphärensimulationskammer an der Universität Bayreuth Messungen durchgeführt werden. Die zur Messung der kritischen Parameter benötigten Instrumente können leicht in das Kammersystem integriert werden. RHS (BrO, ClO, OClO) werden mittels eines White Systems (Multi-Reflektionszelle) und Cavity Enhanced-DOAS nachgewiesen. Zum Nachweis anderer Halogenspezies (Br2, Cl2, HOBr und BrCl) wird FAPA-MS (Flowing Atmospheric-Pressure Afterglow Mass Spectrometry) verwendet. SO2, CO2, NOX und O3 werden mittels standardisierter Gasanalysatoren gemessen. Die Analyse der Zusammensetzung von Aerosolen insbesondere deren aufgenommene Menge an Halogenen wird durch Filterproben sowie Ionenchromatographie und SEM-EDX (Scanning Electron Microscope - Energy Dispersive X-ray Detector) gewährleistet. Die Kombination der verschiedenen Messtechniken ermöglicht die Erforschung von bisher schlecht Verstandenen heterogenen Reaktionen, welche höchstwahrscheinlich die Halogenaktivierung beeinflussen. Insbesondere die Einflüsse von (1) NOX und O3, (2) Ausgangsverhältnis HCl zu HBr, (3) relative Feuchte sowie (4) die Zusammensetzung der Vulkanaschepartikel (in Hinblick auf komplexere, reale Vulkanasche) auf die RHS Chemie, insbesondere des Mechanismus der sog. 'Brom-Explosion', werden innerhalb des vorgeschlagenen Projektes untersucht. Die Messergebnisse werden, gestützt durch das Chemie Box Modell CAABA/MECCA, in einem größeren Kontext interpretiert und werden helfen die natürlichen Vulkanprozesse besser zu verstehen.
Das Ziel des geplanten Verbundforschungsvorhabens besteht in der Entwicklung neuartiger Werkstoffe für tribologische Anwendungen auf Basis von elastomeren, thermoplastischen und duromeren Grundwerkstoffen mit chemisch gekoppelten Polytetrafluorethylen-Mikropulvern (PTFE) bzw. inkorporiertem PE. Aus dem gesamten Spektrum der technischen Polymere werden repräsentative Vertreter aus den drei Kunststoffgruppen ausgewählt und für tribologische Einsatzgebiete entsprechend modifiziert. Carbonsäurefunktionalisierte PTFE-Mikropulver als Basismaterialien entstehen durch Strahlenmodifizierung von PTFE in Gegenwart von Sauerstoff. Die Synthese der speziell für die Kopplung mit anderen Polymersystemen modifizierten PTFE-Mikropulver bildet somit den Ausgangspunkt für die ingenieurtechnischen Arbeiten. Die Modifizierung von PA-66 durch chemische Kopplung mit maleinsäureanhydridgepfropftem Polyethylen (PE) mit der anschließenden selektiven Vernetzung des PE ist ein weiteres Arbeitsziel für vergleichende Untersuchungen zu den chemisch gekoppelten PTFE-Polyamidmaterialien. PTFE und PE zeichnen sich durch niedrige adhäsive Haftung bzw. Reibungszahl aus. PE besitzt zwar eine geringe Wärmeformstabilität, liegt aber preislich weit unterhalb von PTFE-Werkstoffen. Nach der Herstellung der neuen Werkstoffsysteme werden diese hinsichtlich der mechanischen und tribologischen Eigenschaften charakterisiert. Analog zu den Ergebnissen aus vorangegangenen Untersuchungen zur Herstellung und Charakterisierung von PTFE-Polyamid-6-Materialien am IPF und LKT wird durch die chemische Kopplung von PTFE bzw. PE mit den Matrixpolymeren anstelle der bisherigen physikalisch gebundenen Einlagerung die Verbesserung der tribologischen Eigenschaften und vor allem eine Erniedrigung der Reibungszahl und die Erhöhung der Verschleißfestigkeit angestrebt. Die chemisch gekoppelten PTFE bzw. PE-Werkstoffsysteme besitzen den Vorteil, dass die für die Verbesserung der tribologischen Eigenschaften verantwortlichen Zusatzstoffe nicht mehr aus der Matrix heraus gerieben werden können. Es sind somit die werkstoff- und verfahrenstechnischen Grundlagen für völlig neuartige Tribowerkstoffe zu entwickeln.Über die Untersuchung der Verarbeitungsbedingungen und eine erste Optimierung der tribologischen und Werkstoffeigenschaften werden grundlegende Erkenntnisse zu den Zusammenhängen zwischen den Strukturbildungs- und Struktur-Eigenschaftsbeziehungen erarbeitet. Der Ausgangspunkt für die Forschungsarbeiten in diesem Verbundprojekt sind die bisher erfolgreich durchgeführten Arbeiten zu einer chemischen Kopplung zwischen PTFE und PA-6 am IPF. Für die Elastomerkopplung werden die PTFE-PA-Produkte mit olefinischen Doppelbindungen modifiziert, die in der Mischungsherstellung bzw. während der Vulkanisation unter chemischer Kopplung mit dem Matrixelastomer reagieren. usw.
Ein stetig steigender Anteil von Medizinprodukten ist aus Polymermaterialien gefertigt, die lediglich bei Temperaturen bis 60 C behandelt werden können und deshalb als thermolabil bezeichnet werden. Darüber hinaus weisen z.B. flexible Endoskope und andere minimal invasive Instrumente eine komplexe Geometrie mit z.B. innen liegenden Kanalsystemen auf und erfordern besondere Sorgfalt bei der Aufbereitung. Aufgrund der Thermolabilität können bei der Aufbereitung dieser Medizinprodukte nicht die üblichen sicheren thermischen Verfahren verwendet werden, sondern es müssen chemische oder chemothermische Verfahren zur Desinfektion und Sterilisation angewendet werden. Für die Überwachung der Desinfektionswirkung werden üblicherweise Keimindikatoren mit Enterococcus faecium eingesetzt, deren Auswertung zeitaufwendig und kostspielig ist. Einfach einsetzbare Routineprüfverfahren, die eine zeitnahe Beurteilung erlauben, existieren bislang nicht. Ein neues wfk-Projekt fokussiert deshalb die Entwicklung eines einfachen Schnellindikatorsystems zur zeitnahen Routineprüfung und Dokumentation chemothermischer Reinigungs- und Desinfektionsverfahren, die z. B. bei der maschinellen Aufbereitung von flexiblen Endoskopen in sogenannten Reinigungs-Desinfektionsgeräten für Endoskope (RDG-E) eingesetzt werden. Der zu entwickelnde Prüfmonitor basiert auf der Verwendung einer zellfreien Präparation 'extremophiler' Enzyme mit einer definierten Stabilität gegenüber den zu prüfenden chemothermischen Aufbereitungsverfahren. Die Enzyme werden im Inneren von PTFE-Schläuchen aufgebracht, die als Surrogatmodell für das Kanalsystem von flexiblen Endoskopen dienen. Bei einer anforderungsgerechten chemothermischen Desinfektion erfolgt eine vollständige Denaturierung der Enzyme, sodass bei einer nachfolgenden Zugabe von chromogenen Substraten keine visuell wahrnehmbare Farbreaktion mehr auftritt. Die Entwicklung des Prüfmonitors erfolgt so, dass die Leistungsanforderungen für den Anzeigebereich 'anforderungsgerechte Desinfektion' den klassischen und normativ vorgegebenen Anforderungen des Prüfkörpermodells nach DIN ISO/TS 15883-5, Anhang I, bzw. Anhang 9 der Leitlinie von DGKH, DGSV, DGVS, DEGEA und AKI entsprechen. Von den Ergebnissen des Projekts profitieren professionelle Aufbereitungsdienstleister, mehr als 2000 Krankenhäuser sowie zahlreiche Praxen in Deutschland. Alleine in den Krankenhäusern werden jährlich etwa 8 Mio. Endoskopaufbereitungen durchgeführt, die mittels des Prüfmonitors einer kontinuierlichen Überprüfung auf anforderungsgerechte Aufbereitungsqualität unterzogen werden können, wodurch die hygienische Sicherheit für Patienten, Anwender und Dritte erhöht wird.
CATEFF-Ziel ist auf die Entwicklung einer neuen Generation von schadenstoleranten, hoch abrieb- und korrosionsfesten, sich selbst verstärkenden und selbst reparierenden Polyethylen (PE)-Rohre mit hoher Ressourcen-, Öko- und Energie-Effizienz ausgerichtet. Im Unterschied zu konventionellen Reaktorkaskaden erzeugen Hochleistungskatalysatoren in nur einem Reaktor extrudierbare PE-Reaktorblends mit hohem Anteil von UHMWPE, das während der Rohrextrusion gerichtet kristallisiert, in-situ hochfeste UHMWPE-Fasern und UHMWPE-Multilagen ausbildet und sich selbst verstärkt. Diese molekular verstärkten PE-Rohre sind hochfest, sortenrein und vollständig wiederverwertbar. Dünne Metalloxideinkristall- und Kohlenstoff-Plättchen werden durch 'Polymerisation Filling' in PE-Rohre eingebracht und bei der Rohrextrusion ausgerichtet. Inspiriert durch das Vorbild der Natur entstehen perlmuttartige PE-Mehrlagenkomposite. Diese weisen hohe Sperrwirkung und Beständigkeit gegen Abrieb, Korrosion, Oxidation und Chemikalien sowie hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit und geringe Reibung auf und können sich selbst reparieren. CATEFF-Rohre substituieren schwere Edelmetalle, Beton und Teflon mit ungünstigen Ökobilanzen. Durch ihr geringes Gewicht bringen CATEFF-Rohre bei Transport, Installation, Auswechseln und Instandhaltung weitere Energie- und Kohlendioxidemissionseinsparung. Selbstverstärkende korrosionsfeste CATEFF-Rohre eignen sich für maritime Rohranwendungen und eröffnen durch ihre hohe Abrieb- und Korrosionsbeständigkeit neue Anwendungen für PE-Rohre beim hydraulischen (z.B. Landgewinnung, Schlämme- &Abraumtrans-port) sowie beim pneumatischen Feststofftransport (z.B. Getreide- /Granulatförderung). 1. Entwicklung von neuen Katalysatorsystemen 2. Sortenreine selbstverstärkende PE-Komposite 3. Neue perlmuttartige, selbstverstärkende und selbstreparierende PE-Mehrlagencomposite für die PERohrextrusion. 4. Anwendungstechnische Evaluierung und Optimierung von PE-Rohren.
Der CATEFF-Verbund entwickelt eine neue Generation von schadenstoleranten, hoch abrieb- und korrosionsfesten, sich selbst verstärkenden und selbst reparierenden Polyethylen (PE)-Rohre mit hoher Ressourcen-, Öko- und Energie-Effizienz. Diese molekular verstärkten PE-Rohre sind hochfest, abrieb- und korrosionsbeständig, sortenrein und vollständig wiederverwertbar mit geschlossenem Stoffkreislauf. Dünne Metalloxideinkristall- und Kohlenstoff-Plättchen werden durch 'Polymerisation Filling' in PE-Rohre eingebracht und bei der Rohrextrusion ausgerichtet. Funktionalisierte Kohlenstoffplättchen werden durch Vermahlen von Graphit unter Kohlendioxiddruck gewonnen. Inspiriert durch das Vorbild der Natur entstehen bei der Rohrextrusion der neuen plättchenhaltigen PE-Reaktorblends perlmuttartige PE-Mehrlagenkomposite mit sich abwechselnden Lagen von dünnen anorganischen und UHMWPE-Schichten, ohne Laminieren zu erfordern. Diese weisen hohe Sperrwirkung und Beständig-keit gegen Abrieb, Korrosion, Strahlung, Oxidation und Chemikalien sowie hohe elektrische und thermische Leit-fähigkeit und geringe Reibung auf und können sich zudem selbst reparieren. CATEFF-Rohre substituieren schwere Edelmetalle, Beton und Teflon mit ungünstigen Ökobilanzen. Durch ihr geringes Gewicht bringen CATEFF-Rohre bei Transport, Installation, Auswechseln und Instandhaltung weitere Energie- und Kohlendioxidemissionseinsparung. Der CATEFF-Verbund ist auf die Steigerung von Ressourcen-, Öko- und Energie-Effizienz von PE-Rohren ausgerichtet. Dies wird erreicht durch die Entwicklung von Hochleistungskatalysatoren, lösemittelfreien katalytischen Polymerisationsverfahren und von neuartigen selbstverstärkenden und selbstreparieren-den PE-Reaktorblends für die Rohrextrusion, ohne die für konventionelles UHMWPE erforderliche auf-wendige Verarbeitung, z.B. durch Ram-Extrusion, Laminieren oder Sintern, erforderlich zu machen.
Ziel des Vorhabens ist es, geeignete Dämmstoffe permanent mit Membranwerkstoffen zu verbinden, um so Membranwerkstoffe mit integrierter Dämmung zu erzeugen. Idealerweise soll dieser Werkstoff als Rollenware produziert werden, d.h. nicht erst bei der Konfektion in Handarbeit erzeugt werden. Zur Erzeugung eines solchen Verbundes müssen geeignete Verbindungstechniken (Kleben, Laminieren) und die zugehörigen Hilfsmittel (Klebstoffe, Klebeweb, Klebefolie) erprobt werden. Neben der Wärmedämmung ist ein wichtiger Aspekt die Lichtdurchlässigkeit eines solchen Verbundwerkstoffs. Da die Nutzung von Tageslicht durch die Transluzenz der textilen Strukturen einen wichtigen Grund für den Einsatz von Membrankonstruktionen spielt, ist es ggf. nötig sowohl Dämmstoffe im Hinblick auf ihre Lichtdurchlässigkeit zu optimieren als auch Membranwerkstoffe mit erhöhter Transluzenz zu entwickeln. Schlussendlich muss eine für solche neuen Verbundwerkstoffe (Bahnen- oder Rollenware) geeignete Fügetechnik oder ein Verarbeitungsverfahren entwickelt werden, da es in der Anwendung immer nötig ist, mechanisch hochbelastbare Nähte zu erzeugen. Im 1. Schritt erfolgen Vorversuche, bei denen existierende Membranwerkstoffe (Polyester-PVC und Glas-PTFE) auf den Kaschier- und Laminieranlagen der Verseidag mit Glasfasergespinsten der Firma Wacotech kombiniert werden sollen. Erster Meilenstein ist es, ein geeignetes Klebemedium zu identifizieren, das eine gute Haftung zwischen Dämmung und Membran gewährleistet. Die Langlebigkeit des Verbundes wird durch künstliche Bewitterung untersucht. In einem 2. Schritt soll die Transluzenz des Verbundes optimiert werden. Dazu werden optimierte Membranmaterialien entwickelt, produziert, mit Dämmstoffen unterschiedlicher Dicke kombiniert und ihre Transluzenz und Wärmedämmeigenschaften charakterisiert. Weitere Prüfpunkte sind das Brandverhalten der Verbundwerkstoffe sowie ihre mechanischen Kenngrößen (Haftung, Höchstzugkraft etc.).
Dachkonstruktionen mit Membranhüllen werden in der Regel für unbeheizte Gebäude eingesetzt. Will man den Einsatz von Membrankonstruktionen auf beheizte Gebäude erweitern, so wird die Verbesserung der Wärmedämmeigenschaften notwendig. Gleichzeitig soll die Lichtdurchlässigkeit und Lichtstreuung möglichst erhalten bleiben. Wacotech GmbH & Co. KG stellt ein lichtdurchlässiges Glasfasergespinst her, welches die Wärmedämmeigenschaften von Membranen erheblich verbessert. Ein Ziel des Forschungsvorhabens ist es nun, konstruktive Lösungen zur Integration des Glasfasergespinstes in die Membranhülle zu erarbeiten. Des Weiteren sollen die bauphysikalischen Werte ermittelt und optimiert werden. Ein wesentliches Ziel ist es schließlich, für die Konfektionäre ein montagefreundliches System mit marktgerechten Kosten zu entwickeln. Im ersten Arbeitsschritt werden Kaschier- und Klebversuche auf PVC, PTFE und ETFE Membranen durchgeführt. Dazu ist die Identifikation geeigneter Klebstoffe notwendig. Daneben werden unterschiedliche Materialmuster zur Flachbahn-Laminierung hergestellt. Es werden Versuche auf einer Flachbahn-Laminieranlage bei der Firma Verseidag durchgeführt. Ein weiterer Arbeitsschritt ist die einseitige Beschichtung des Glasfasergespinstes mit transparenter Folie. Dazu wird eine Materialrecherche geeigneter Klebstoffe und transparenter Folien mit B1 Brandschutz durchgeführt. Die gefundenen Materialkombinationen werden auf ihre Brandeigenschaften untersucht. Evtl. werden Brandschachtversuche durchgeführt. Ein exemplarisches Baukastensystem mit Glasfasergespinst und unterschiedlichen Membrankombinationen wird erstellt. Die bauphysikalischen Werte werden gemessen und optimiert. Die erarbeiten Lösungen werden in einem Demonstrationsobjekt am ZAE Bayern getestet und aufgebaut. Dabei wird auch die Montagefreundlichkeit geprüft. Abschließend wird eine Kostenkalkulation durchgeführt.
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| Förderprogramm | 41 |
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