Phasenwechselmaterialien können Wärme aufnehmen und später wieder freisetzen. Für Textilien oder Beschichtungen sind sie jedoch nur dann interessant, wenn sie sicher eingeschlossen und gut verarbeitbar sind. Forschende der Universität Valencia haben dafür Nanokapseln entwickelt.

Im Inneren der Kapseln steckt Hexadecan, die Hülle basiert auf Lignin. Hexadecan schmilzt und erstarrt in einem bestimmten Temperaturbereich. Beim Schmelzen nimmt es Energie auf, beim Erstarren gibt es diese wieder frei. Dadurch können Temperaturschwankungen abgepuffert werden. Lignin bildet bei den neuartigen Kapseln eine biobasierte Schale, die das Phasenwechselmaterial einschließt und für technische Anwendungen handhabbar machen soll.

Für die Herstellung nutzte das Team ein Miniemulsionsverfahren mit anschließender Lösungsmittelverdampfung. Dabei werden sehr fein verteilte Tröpfchen erzeugt. Nach dem Entfernen des Lösungsmittels entstehen daraus Kapseln mit Kern und Schale. Die Wahl des Lösungsmittels beeinflusste, welche Ligninbestandteile in die Hülle eingebaut wurden und wie sich Größe, Form und Oberfläche der Nanokapseln entwickelten.

Lignin als funktionelle Hülle

Relevant ist hier vor allem die Schale der Kapseln. Mit Lignin wird ein Pflanzenstoff genutzt, der in Zellstoff- und Bioraffinerieprozessen häufig als Nebenstrom anfällt. Laut Studie beeinflusste das gewählte Lösungsmittel, welche Ligninfraktionen für die Kapselbildung wirksam wurden. Dadurch lassen sich Eigenschaften der Nanokapseln gezielt verändern.

Als Anwendung nennt die Forschungsgruppe vor allem Textilien. Werden solche Kapseln in Fasern oder Beschichtungen eingebracht, könnten Stoffe Wärme zeitweise speichern und wieder freisetzen. Das wäre etwa für Kleidung interessant, die Temperaturschwankungen ausgleicht. Die Gruppe verweist auf einen möglichen Beitrag zu thermischem Komfort und geringerem Energiebedarf für Heizen oder Kühlen.

Noch handelt es sich um eine Materialstudie im Labor. Offen bleibt, wie stabil die Kapseln in realen Textilien sind, wie gut sie Waschprozesse und Abrieb überstehen und welchen biobasierten Anteil das Gesamtsystem erreicht. Die Arbeit zeigt damit vor allem einen Weg, Lignin als funktionellen Bestandteil eines Kapselmaterials zu nutzen.

ag