I b I I I Institut für Bauforschung Aachen Rhelnlach-Westfiillache Technische Hochschule

KURZBERICHT

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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

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Prof. Dr.-lng. H. R. Sasse N. N.

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