Paraules clau: polímero, almacenamiento de energia térmica, nanocompuesto polymer layered silicate, thermal energy storage, nanocomposite polímer, emmagatzematge d'energía térmica, nanocompost
Títol en diferents idiomes: Nanocompuestos poliméricos basados en silicatos laminares para almacenamientolatente de energía térmica Polymer layered silicate nanocomposites for latent heat thermal energy storage Nanocompostos polimèrics basats en silicats laminars per emmagatzematge latent d'energia tèrmica
Àrees temàtiques: Ingeniería química Chemical engineering Enginyeria química
Confidencialitat: No
Curs acadèmic: 2018-2019
Codirector del treball: Barreneche Güerisoli, Camila
Estudiant: Martín Llop, Marc
Departament: Química Física i Inorgànica
Data de la defensa del treball: 2019-09-09
Crèdits del TFM: 24
Director del projecte: Renna Fernández, Inés
Resum: La utilización de sistemas de almacenamiento de energía térmica adecuados ha demostrado potencial para incrementar la eficiencia energética en diversos sectores, como por ejemplo la construcción. En este sentido, la incorporación de materiales de cambio de fase (PCM) en una matriz, puede dar solución a uno de los grandes inconvenientes que presentan a menudo estos materiales: la contención del PCM en estado líquido. Sin embargo, la utilización de matrices poliméricas para contener PCM aún presenta retos que limitan su aplicación, como son: Ireacción al fuego, estabilidad térmica y propiedades mecánicas. En el presente estudio para tratar de superar dichos inconvenientes se ha desarrollado un nanocompuesto polimérico reforzado con refuerzo. Así, el nuevo nanocompuesto incluye etileno-propileno-dieno (EPDM) que actúa como matriz, ácido palmítico que actúa como PCM y montmorillonita (MMT) como nanoarcilla. Para preparar las muestras se ha empleado un método industrialmente escalable basado en el mezclador Banbury. Para estudiar el efecto de los diferentes componentes en el sistema se han preparado ocho formulaciones: EPDM, EPDM con MMT (1%, 3% y 5%), EPDM con ácido palmítico (5% y 10%) y EPDM con MMT (3%) y ácido palmítico (5% y 10%). Los resultados de difracción de rayos X indican una estructura intercalada, donde las cadenas poliméricas incrementan la distancia entre las láminas de MMT. La estabilidad térmica se ha visto mejorada por el efecto barrera proporcionado por la MMT. Asimismo, el fenómeno del goteo se ha visto evitado o reducido en gran medida. Además, como muestran los resultados termomecánicos, un 3% de MMT parece un contenido óptimo. The use of adequate thermal energy storage (TES) systems has shown the potential to increase energy efficiency in many fields, such as the building sector. Shape-stabilized phase change materials (SS-PCM) have attracted attention to address one of the key barriers of phase change materials (PCM), the liquid management, that nowadays limits its applicability. However, SS-PCM still have drawbacks to overcome, such as poor mechanical properties, fire reaction and thermal stability. In the present study, polymeric SS-PCM are nano-enhanced with layered silicates to overcome these drawbacks. The new shape-stabilized nano-enhanced phase change material (SS-NEPCM) is based on ethylene propylene diene monomer (EPDM) as polymeric matrix, palmitic acid (PA) as PCM and montmorillonite (MMT) as the layered silicate. An innovative method based on a Banbury mixer was used to prepare it, that is an industrially scalable fabrication method. To evaluate the effect of each component, eight different formulations were prepared: pure EPDM, EPDM with MMT additions (1 wt.%, 3 wt.% and 5 wt.%), EPDM with PA additions (5 wt.% and 10 wt.%) and EPDM with MMT (3 wt.%) and PA additions (5 wt.% and 10 wt.%). As it was investigated by Fourier-transform infrared (FT-IR) spectroscopy, the composite materials obtained were not degraded by processing. The results obtained by X-ray diffraction showed that an ordered intercalated morphology is formed between EPDM chains and MMT. Thermogravimetric experimental results revealed an increase in the thermal stability of SS-NEPCM as a result of the barrier effect provided by MMT. Moreover, SS-NEPCM fire resistance was improved with a great reduction or avoidance of the dripping phenomenon. Additionally, dynamic mechanical thermal analyses demonstrated that 3 wt.% MMT is an optimum content to enhance thermomechanical properties in the EPDM rubbery region. La utilització de sistemes d'emmagatzematge d'energia tèrmica ha demostrat el potencial per incrementar l'eficiència energètica a diversos sectors, com per exemple el de l'habitatge. En aquest sentit, la incorporació de materials de canvi de fase (PCM) en una matriu, pot donar solució a un dels grans inconvenients que presenten sovint aquests materials: la contenció del PCM en estat líquid. Tot i això, la utilització de matrius polimèriques per contenir PCM encara presenta reptes que limiten en gran mesura la seva aplicació, com són: reacció al foc, estabilitat tèrmica i propietats mecàniques. En aquest estudi per tractar de superar aquests inconvenients s'ha desenvolupat un nanocompost polimèric reforçat amb nanoargiles. Així, el nou nanocompost inclou etilè-propilè-diè (EPDM) que actua com a matriu, àcid palmític que actua com a PCM i montmorillonita (MMT) com a reforç. Per preparar les mostres s'ha utilitzat un mètode industrialment escalable basat en el mesclador Banbury. Per estudiar l'efecte dels diferents components en el sistema s'han preparat vuit formulacions: EPDM, EPDM amb MMT (1%, 3% i 5%), EPDM amb àcid palmític (5% i 10%) i finalment EPDM amb MMT (3%) i àcid palmític (5% i 10%). Els resultats de difracció de raig X indiquen una estructura intercalada, on les cadenes polimèriques aconsegueixen incrementar l'espai entre les làmines de MMT. L'estabilitat tèrmica s'ha vist incrementada per l'efecte barrera que proporciona la MMT. Pel que fa a la reacció al foc, el degoteig s'ha vist evitat o reduït de forma significativa. Així mateix, com mostren els resultats termomecànics, un 3% de MMT sembla un contingut òptim.
Matèria: Enginyeria química
Entitat: Universitat Rovira i Virgili (URV)
Idioma: Anglès
Ensenyament(s): Nanociència, Materials i Processos - Tecnologia Química de Frontera
Títol en la llengua original: Polymer layered silicate nanocomposites for latent heat thermal energy storage
Data d'alta al repositori: 2021-03-11
Repositori URV