Neues Prüfverfahren weist Aushärtung von Schlauchlinern mit Acrylaten im Labor nach

OSTSTEINBEK, 4.11.2020 – Bei Schlauchlinern kommen immer häufiger Acrylate als Alternative für das Lösungsmittel Styrol zum Einsatz. Im Labor von Siebert + Knipschild wurde jetzt ein Verfahren entwickelt, mit dem die Härtung von Linern mit Acrylaten standardmäßig nachvollzogen werden kann. Damit erhalten Auftraggeber die Möglichkeit, den Erfolg von Kanalsanierungsprojekten zu belegen.

Von Dipl.-Ing. Andreas Haacker und B. Eng. Michelle Peeck, Siebert + Knipschild GmbH

Die Schlauchlinerprobe im Labor: Bereits ein kleiner Probenausschnitt reicht, um die Aushärtung zu bestimmen - auch wenn kein Styrol als Lösungsmittel verwendet wurde.
Die Schlauchlinerprobe im Labor: Bereits ein kleiner Probenausschnitt reicht, um die Aushärtung zu bestimmen - auch wenn kein Styrol als Lösungsmittel verwendet wurde.

Zum Nachweis der Qualität von glasfaserverstärkten Schlauchlinerproben wird üblicherweise der Gehalt an monomerem Reststyrol mittels Gaschromatographie ermittelt. Auf dem Markt sind neben den styrolhaltigen, auch styrolfreie Reaktionsharzformstoffe vertreten. Bei den styrolfreien Harzsystemen werden Acrylate als reaktives Lösemittel statt Styrol verwendet. Acrylate haben gegenüber Styrol den Vorteil, dass sie weniger geruchsbelastend sind, was vor allem im innerhäuslichen Bereich ausschlaggebend für die Verwendung von styrolfreien Reaktionsharzformstoffen ist.
Bisher konnte die Aushärtung von styrolfreien Schlauchlinern nur über die mechanischen Kennwerte der Proben beurteilt werden, die aus der Aushärtung resultieren. Insbesondere bei kleinen Durchmessern kann es vorkommen, dass eine Prüfung der mechanischen Kennwerte nach Norm nicht mehr möglich ist, weil das Verhältnis der Wanddicke zur Krümmung nicht mehr eingehalten werden kann.

Um das Monomer zu extrahieren, wird die Probe zerkleinert und in Dichlormethan gelöst.
Um das Monomer zu extrahieren, wird die Probe zerkleinert und in Dichlormethan gelöst.

Normative Voraussetzungen für die Gaschromatographie

Das gaschromatographische Prüfverfahren kann für die Bestimmung des Restmonomerengehalts bei acrylathaltigen Proben an die Reststyrol-Bestimmung angelehnt werden. Das Prüfverfahren der Reststyrol-Bestimmung wurde in DIN 53394-2 beschrieben. Diese Norm wurde zurückgezogen, daher wird alternativ die ISO 4901 verwendet.
Die DIN 53394-2 beschreibt spezifisch die Bestimmung des Styrolgehalts. Die ISO 4901 beschreibt die Prüfung allgemeiner für Styrol und andere flüchtige aromatische Kohlenwasserstoffe. Die Prüfung von acrylathaltigen und styrolhaltigen Proben kann analog nach ISO 4901 durchgeführt werden. Bei Proben, die nicht auf ihre mechanischen Kennwerte, sondern nur in der Restmonomerenbestimmung geprüft werden, wird eine Prüfung der Wanddicke und des Wandaufbaus vorgenommen. Dabei wird geprüft, ob die Probe die erforderliche Wanddicke erfüllt und ob Lufteinschlüsse oder andere Auffälligkeiten auftreten, die die Statik des Liners beeinflussen können.

Vorbereitung der Probe

Für das gaschromatographische Prüfverfahren muss das Monomer aus der Probe gelöst werden. Dazu wird die Probe zerkleinert und es wird eine Extraktion mit Dichlormethan durchgeführt. Als Probenmenge werden 2 g verwendet. Nach der Extraktion werden die Feststoffe abfiltriert und die Lösung wird im Gaschromatographen quantitativ analysiert.

Grafik 1: Chromatogramm einer Styrolmessung
Grafik 1: Chromatogramm einer Styrolmessung

Prüfungsdurchführung

Die Prüfverfahren für die Bestimmung der Monomergehalte unterscheiden sich in den Einstellungen der Parameter am Gaschromatographen. Es wird die gleiche Trennsäule für beide Messungen verwendet. Die Trennsäule ist ein wichtiger Bestandteil des Gaschromatographen, sie ist für den gaschromatographischen Effekt und somit für die Trennung der einzelnen Substanzen verantwortlich. Aufgrund der unterschiedlichen Siedepunkte und Wechselwirkungen der Proben mit der Säule wird für die Bestimmung des Acrylatgehalts eine höhere Temperatur eingestellt als für die Reststyrol-Bestimmung.
In Grafik 1 und 2 sind die erhaltenen Chromatogramme der Styrol- und Acrylat-Bestimmung dargestellt. Der interne Standard (n-Decan bzw. Essigsäure) wird in jede Probelösung pipettiert und dient als bekannter Wert für die quantitative Berechnung des Restmonomerengehalts.

Grafik 2: Chromatogramm einer Acrylatmessung
Grafik 2: Chromatogramm einer Acrylatmessung

Restmonomergehalt bei styrolhaltigen und bei acrylathaltigen Proben

Ein niedriger Wert des Restmonomerengehalts in Schlauchlinerproben steht für eine gute Aushärtung bzw. vollständige Vernetzung der duroplastischen Harzmatrix. Dies kann auch durch hohe E-Moduln bestätigt werden. Bei styrolhaltigen Proben wird die Reststyrol-Bestimmung normativ durchgeführt. In der Norm ist kein Grenzwert für den Styrolgehalt in Schlauchlinerproben angegeben. Die AVK (Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe e.V.) gibt eine Empfehlung für einen maximalen Wert für den Anteil an monomerem Styrol in Reaktionsharzformstoffen. Demnach gilt ein Reststyrolanteil von höchstens 2 Mass. % bezogen auf den UP-Harzformstoffanteil im Allgemeinen als zulässig.
Erste Analysen haben gezeigt, dass Proben, die aus acrylathaltigen Harzformstoffen bestehen, einen Restmonomeranteil von deutlich unter 2 Prozent haben. Der Polymerisationsgrad sollte bei acrylathaltigen und bei styrolhaltigen Proben nach der Aushärtung des Systems vergleichbar sein. Es werden aktuell weitere Untersuchungen bei Siebert + Knipschild durchgeführt, um mehr Informationen über die Vergleichbarkeit von acrylathaltigen und styrolhaltigen Proben bezüglich des Restmonomergehalts zu bekommen. Auf Basis der bisher durchgeführten Analysen ist zu erwarten, dass die für das Styrolmonomer geltenden Empfehlungen der AVK auch auf den zulässigen Anteil von Acrylatmonomeren übertragen werden können.

Im Labor werden die Ergebnisse der Gaschromatographie von Acrylaten ausgewertet.
Im Labor werden die Ergebnisse der Gaschromatographie von Acrylaten ausgewertet. | Fotos und Grafiken: Siebert + Knipschild

Verfahren zur analogen Prüfung ermöglicht Qualitätsnachweis

Aktuell werden auf dem Markt Schlauchliner mit styrolhaltigen und acrylathaltigen Reaktionsharzformstoffen angeboten. Die Schlauchliner mit acrylathaltigen Reaktionsharzformstoffen haben bisher den Nachteil, dass der Nachweis der Qualität nicht im gleichen Umfang wie bei styrolhaltigen Reaktionsharzformstoffen möglich ist. Das hier vorgestellte Prüfverfahren bietet die Möglichkeit, die Aushärtung von Schlauchlinerproben aus acrylathaltigen Reaktionsharzformstoffen analog zu den styrolhaltigen zu prüfen. Dadurch haben Hersteller die Möglichkeit, die Qualität ihrer Produkte besser zu überprüfen.
Der Nachweis einer vollständigen Aushärtung bietet Einbauern und Netzbetreibern die Möglichkeit, das eingebaute Produkt zu bewerten und sicherzustellen, dass ein Endprodukt höchstmöglicher Nutzungsdauer entstanden ist. Durch die Bestimmung von monomerem Acrylat in Schlauchlinerproben kann die Qualitätsüberwachung von styrolhaltigen und acrylathaltigen Schlauchlinersystemen mit demselben Prüfverfahren durchgeführt werden. Dadurch wird die Qualitätsüberwachung sowohl für die ausführende Firma als auch für den Auftraggeber systemunabhängig vergleichbar.

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