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I b I I I Institut für Bauforschung Aachen Rhelnlach-Westfiillache Technische Hochschule
KURZBERICHT
77
11 (1998) AKTUELLE FORSCHUNGSERGEBNISSE
Qualitätskontrolle von Tränkstoffen zur Konservierung von Natursteinen
Quality control of fluid stone protecting agents
E. Gerhard-Abozari, N. Hoffmann, K. Littmann
1 EINLEITUNG
Die reproduzierbare Charakterisierung von Tränkstoffen für die Konservierung von Natursteinen sollte Bestandteil der Qualitätskontrolle der Schutzstoffe sein. Die Prüfmethoden sollten kostengünstig und möglichst durch jedes Analytiklabor schnell durchzuführen sein. Faktoren, die die Qualität des Schutzstoffs beeinflussen, sind die chemische Struktur des Wirkstoffs, das Verhältnis verschiedener Wirkstoffkomponenten zueinander, der Lösemittelgehalt und der Gehalt an weiteren Additiven, wie z. B. Katalysatoren, Vernetzern etc.
Je nach chemischer Zusammensetzung der Tränkstoffe wurden spezifische Prüfungen ausgewählt bzw. dort, wo geeignete Verfahren nicht in standardisierter Form vorlagen, Prüfvorschriften erarbeitet Es wurden für die Kennwerte spezifische Grenzwerte festgelegt, die die Identität garantieren. Im Rahmen dieses Kurzberichtes werden die Methoden aufgezeigt sowie einige Beispiele für Meßergebnisse gegeben.
2 PRÜFVERFAHREN 2.1 Na&chemische Verfahren
Bei Tränkstoffen auf Kieselsäureester-, Epoxidharz- und Polyurethanbasis ist die Anzahl an reaktiven Endgruppen ein wichtiges Maß für ihr Verhalten. Dieser Kennwert ist für den Vernetzungsgrad und die Molekulargewichtsverteilung des ausgehärteten Polymeren entscheidend. ln Tab. 1 sind die zur ErmitUung dieses Kennwertes geeigneten Prüfungen zusammengefaßl
2.2 Wirkstoffgehalt und dynamische Viskosität
Die Überprüfung des Wirkstoffgehaltes kann direkt gravimetrisch nach Rili SIB (Teil 4) 2.5.1 .12 und durch Hydrolyseverfahren oder indirekt durch die Bestimmung der dynamischen Viskosität der Tränklösung erfolgen.
Die Messung der dynamischen Viskosität erfolgt nach DIN EN ISO 3219. Die Bestimmung des Wirkstoffgehaltes erfolgt bei den Polyurethan-, Siloxan- und Epoxidharz-Tränkstoffen nach Rili SIB (Teil4) 2.5.1 .12. Der Wirkstoffgehalt von Silanen wird durch Totalhydrolyse /1/ bestimmt
Tab. 1: Überprüfung der Konzentration an reaktiven Gruppen
Table 1: Verification of the concentration of reactive groups
Basis des Tränkstoffs Prüfung
Polyurethane Titration des lsocyanatgehaites in Anlehnung an DIN 53 185 (Toluol als Lösemittel}
Epoxidharze Titration der Epoxidgruppen in Anlehnung an ISO 3001-1978 (Aceton/Eisessig als Lösemit-tel}; Titration der Amingruppen (wie oben}
Kieselsäureester Bestimmung des Silangehaltes durch Messung des Glührück-stands in Anlehnung an ISO 3262/11
2.3 Molekulargewichtsverteilung
Mit Hilfe der GPC (Gelpermeations-Chromatographie) wird bei einem in organischen Lösemittel löslichen Wirkstoff die Molekulargewichtsverteilung überprüft Diese Prüfung ist bei allen Tränkstoffen mit einem Harz, das ein Molekulargewicht > 500 hat, sinnvoll.
Bild 1 zeigt die GPC-Kurven von zwei PolyurethanTränkstoffen, die sich im Anteil an hochmolekularen Verbindungen unterscheiden, zur Blockierung der freien lsocyanatgruppen wurde Dibutylamin verwendet
Anteil in%
100
80
60
20
-- --·Probe A
-ProbeB
10000 Molekulargewicht
Bild 1: GPC-Auswertung zweier PolyurethanTränkstoffe mit deutlich unterschiedlichen Anteilen an hochmolekularen Verbindungen
Fig. 1: GPC results of two polyurethane based fluid agents containing different quantities of high molecular weight species
2.4 IR-Spektroskopie
Eine schnelle und weitverbreitete Methode zum Identitätsnachweis organischer Baustoffe ist die FourierTransformations-lnfrarot-{FTIR)-Spektroskopie. ln den Spektren der Tränkstoffe dürfen sich keine Veränderungen in der Peaklage und -intensität im Vergleich zum Spektrum einer nachgewiesenermaßen geeigneten Charge des Tränkstoffes zeigen. Die Prüfung erfolgt nach DIN EN 1767.
2.5 NIR-Spektroskopie
Als schnelle baustellentaugliche Analysenmethode zur Überprüfung der Verwendbarkeit wurde die IR-Spektroskopie im nahen Infrarot {NIR) eingesetzt
Zur Prüfung der Haltbarkeit eines Polyurethantränkstoffs aus verschieden gealterten Lösungen wurden FTIR-Spektren im mitUeren Infrarotbereich aufgenommen. Aus diesen wurde durch Auswertung der lsocyanatbanden die Kenngröße Qe bestimmt Aus NIR-Spektren der gealterten Lösungen wurde nun mit Hilfe einer statistischen Auswertung die das Gesamtspektrum beschreibende Kenngröße Qb berechnet (s. Bild 2). Wenn der Kennwert Qb des gealterten Tränkstoffs im Vertrauensbereich liegt, ist dieser verwendbar.
Herausgeber:
Kenngrö&e Qb (aus NIR-Spektren) 1,2
1,1
1,0 Vertrauenabereich
0,9
0,8 I
-. •••
•• • •
•
0, 7 L..:.. ---L------''----....L...-----L------1
0,7 0,8 0 ,9 1,0 1,1 1,2
Kenngrö&e Qe (aus MIR-Spektren)
Bild 2: Korrelation des ermittelten Eichwertes Qe und der berechneten Kenngröße Qb
Fig. 2: Cerrelation between the yMIR calibration value Qe and the calculated NIR value Qb
2.6 Katalysatorgehalt
Eine Quantifizierung des Katalysatorgehaltes, z. B. bei Polyurethan-Tränkstoffen kann mit der EmmissionsSpektroskopie, ICP (inductively coupled plasma) erfolgen. Die Meßmethode wurde mit Erfolg auf alle Tränkstoffe, die zinnbasierende Katalysatoren (z. B. DBTDL) enthalten, angewendet Die Ergebnisse sind innerhalb kurzer Zeit mit einer Genauigkeit von ±0,01 %
erhältlich.
4 LITERATUR
/1/ Hom, V. ; Littmann, K.: Bestimmung des Wirkstoffgehaltes bei Hydrophobierungsmitteln aus Silanen und Siloxanen : Determination of the residue of active contents of hydrophobic agents on silane and siloxane. ln: ibac Kurzberichte 8 (1995), Nr. 53
Forschungsförderer: BMBF, Förder-Nr. BAU 5014 N
Institut für Bauforschung Aachen Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Postanschrift : 52056 Aachen
Leitung: Lieferanschrift : Schinkelstr. 3, 52062 Aachen Tel. (0241) 80-5100, FAX (0241) 8888-139 Telex 832704 thac d
Prof. Dr.-lng. H. R. Sasse N. N.
Die auszugsweise Veröffentl ichung dieses Berichtes, seine Verwendung IOr Werbezwecke sowie die inhaltliche Übernahme in Literaturdatenbanken bedürfen der Genehmigung des ibac.