Chemische Anforderungen an Oberflächenschutzsysteme in Parkbauten

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1 Chemische Anforderungen an Oberflächenschutzsysteme in Parkbauten K. Littmann Bauchemie Beratung, Geilenkirchen, Deutschland Institut für Berufswissenschaften im Bauwesen, Universität Hannover, Deutschland G. Pleyers pleyers. bau innovationen GmbH, Würselen, Deutschland SUMMARY Although a parkdeck is not comparable to a chemical plant, the coatings used for parkdecks have to withstand chemical attack. The types of chemical attack are classified in this paper, making a distinction between attack of solvents, acid and basic chemical attack and types of chemical damage which cannot be put under these subcategories. It is pointed out, that the use of familiar cleaning agents is a process, where these chemical attacks occur and that it is very useful, to test the resistance of coatings to cleaning agents prior to use, or better to develop a cleaning concept already when planning a coating. The damages caused by the use of solvents and caused by new car tyres are discussed. 1 EINLEITUNG Obwohl ein Parkdeck sicherlich nicht mit einer chemischen Anlage zu vergleichen ist, haben Polymerbeschichtungen auf Parkdecks unterschiedlichen, teilweise schweren chemischen Belastungen zu trotzen. In dieser Veröffentlichung sollen die Arten des chemischen Angriffs klassifiziert und erläutert werden, um eine sichere Anwendung zu gewährleisten, die nach Hewlett [1] nur durch chemisches Verständnis möglich ist (Bild 1). Bild 1: Notwendigkeit des chemical understanding nach Hewlett [1] In der Gesamtheit der schädigenden Angriffe auf Beschichtungen stellen die chemischen Angriffe eine oft unterschätzte oder unerkannte Gefahr da. Vielen Beschädigungen, die auf den ersten Blick durch rein mechanische Einflüsse hervorgerufen werden, geht eine Vorschädigung der Beschichtung auf chemischen Wege voraus. 2 TYPEN DER CHEMISCHEN BELASTUNG Ähnlich wie bei den chemischen Angriffen auf Beton, die nach DIN 4030 in relevante Angriffsklassen eingeteilt werden, macht es Sinn, die Angriffe auf Polymerbeschichtungen in Gruppen einzuteilen. Dabei unterscheidet sich der Angriffsmechanismus grundsätzlich zwischen diesen Gruppen. Als Konsequenz sind es jeweils unterschiedliche Polymertypen, die diesen Angriffen widerstehen können. Cziesilski [2] unterscheidet in seinem Anforderungsprofil für Industrieböden chemische Belastungen zwischen Säure-, Laugenund Öl-Angriff. Fasst man den Ölangriff etwas weiter und bezieht auch Kraftstoffe und andere, organische Lösemittel ein, so kommt man allgemeiner zu einem lösenden und quellenden Angriff. Am Rande der Definition eines chemischen Angriffs liegen Vorgänge, die durch Diffusion geringer Mengen bestimmter Stoffe das optische Erscheinungsbild einer Beschichtung beeinträchtigen können. Als Beispiel sei hier die sogenannte Weichmacherwanderung genannt.

2 2.1 Lösende und quellende Angriffe Lösende und quellende Angriffe können dann auftreten, wenn gering oder nicht vernetzte Polymere oder solche, deren Verknüpfung auf Nebenvalenzkräften beruht, verwendet werden. Die erste Kategorie betrifft beispielsweise Epoxidharze mit niedrigem Vernetzungsgrad, in der zweiten Kategorie sind Thermoplaste oder nicht chemisch vernetzte Polyurethane zu nennen. Lösemittelmoleküle hierzu ist in diesem Zusammenhang auch Wasser zu zählen dringen durch Diffusion in das Gefüge der ein und weiten dieses auf. Damit einher geht eine Volumenvergrößerung und eine Veränderung meist Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften. In aller Regel sind hinreichend stark vernetzte gegenüber einem rein quellenden / lösenden Angriff gegenüber stabil. Bild 2 zeigt schematisch die Wirkungsweise quellender Lösemittelmoleküle. Lösemittelmoleküle Gequollene In letzter Zeit ist aber unter Umständen auch der Angriff echter Lösemittel wie Aceton, MEK, Butylacetat u. ä. als Belastung einzuplanen. Im Zuge der Beseitigung von Graffiti werden teilweise Lösemittel eingesetzt, die nicht nur die Farbe von den Wänden beseitigen, sondern als unerwünschter Nebeneffekt auch eine Aufweichung von Beschichtungen bewirken können. Da die Lösemittelcocktails, die hier zum Einsatz kommen, recht unterschiedlich wirken können, sind hier allgemeine Prüfflüssigkeiten obsolet und es ist ein Belastungstest der Beschichtungen wie oben, aber mit dem zum Einsatz kommenden Reinigungsgemisch erforderlich. 2.2 Saurer Angriff Bild 3 stellt den Mechanismus eines Säureangriffs auf ein vernetztes Polymermolekül schematisch dar. Die in Wasser oder anderen Flüssigkeiten enthaltenen Säuren können bei säureempfindlichen Polymeren einzelne Vernetzungspunkte angreifen und aufbrechen. Nach diesem Angriff verhält sich diese Stelle des Polymers wie ein unvernetztes Polymer und es setzt ein Quellen wie unter Abschnitt 2.1 beschrieben, ein. Durch das Quellen kann weitere Säure in das Polymermolekül eingetragen werden mit dem Effekt, dass weitere Vernetzungspunkte aufgebrochen werden und sich das Quellen verstärkt. Im Extremfall geht dieser Prozess bis zum völligen Kohäsionsverlust ( Auflösen ) des Bindemittels weiter. Bild 2: Quellender Angriff auf wenig vernetzte Polymere Bezogen auf Parkbauten ist zunächst die Resistenz gegenüber Motor- Getriebe-, Diesel- und Hydraulikölen von Wichtigkeit. Die Resistenz gegenüber Ottokraftstoffen spielt eine vergleichsweise untergeordnete Rolle, da deren höhere Flüchtigkeit meist für signifikant geringere Einwirkungszeiten sorgt. Auch die Einwirkung von stark (tau)salzbefrachtetem Wasser ist aufgrund der stark erhöhten Polarität der Lösung gegenüber der Einwirkung von sauberem Wasser als stärkere Belastung einzuschätzen. Als relevante Gruppen von Prüfflüssigkeiten aus der Liste der Prüfflüssigkeiten des DIBt [6] für diese Beanspruchungsart sind die Gruppen 1 (Ottokraftstoffe), 3 (Dieselkraftstoffe), 4 und 4 a-c (Öle) sowie 12 (Salzlösungen) zu nennen. Die Prüfung der Beschichtungen kann nach DAfStb- RiLi T4, 2001 Abs [7] erfolgen. Säurehaltiges Medium Vernetzte Aufbrechen von Verknüpfungen Nachfolgendes Quellen der Bild 3: Zerstörender Angriff auf Vernetzungen durch Säuren oder Basen

3 Säuren, die im Parkhausbereich zu finden sind, sind in erster Linie im Bereich der Reiniger zu suchen. Kalklöser, Zitronenreiniger, Essigreiniger und ähnliche Begriffe weisen auf Tensidreiniger hin, die im sauren Bereich arbeiten. Aber auch weniger prosaisch bezeichnete saure Industriereiniger können ph-werte bis hinunter zu 2 erreichen, was für bestimmte Beschichtungsmaterialien bereits einen starken Säureangriff darstellt. Wichtig ist dabei die Erkenntnis, dass bei mehrlagigen Beschichtung die Resistenz der obersten Schicht ( Kopfversiegelung ) gerade bei regelmäßiger Belastung durch Reiniger nicht unbedingt ausreicht, um Schäden von der Beschichtung abzuwenden. Risse in der Deckschicht können bei regelmäßig wiederkehrender Einarbeitung des Reinigers ausreichen, um als Ausgangspunkt eines Schadens zu wirken. Vor diesem Hintergrund ist bei der Planung von Parkflächen ein mit dem Beschichtungshersteller abgestimmtes Reinigungskonzept die wichtigste Maßnahme zur Vermeidung von chemischen Angriffen auf die Oberflächenschutzsysteme. Die relevanten Gruppen von Prüfflüssigkeiten aus der Liste der Prüfflüssigkeiten des DIBt [6] für diese Beanspruchungsart sind die Gruppen 9 (wässerige Lösungen organischer Säuren und 10 (Mineralsäuren bis 20 %) zu nennen. Um die Kombinationswirkung mit Tensiden zu prüfen, ist entweder eine Kombination mit Gruppe 14 (wässerige Lösungen von Tensiden) oder der Einsatz der zu verwendeten Reiniger selber denkbar. Der Erfahrung nach ist es durchaus sinnvoll, die Reiniger, die meist als Konzentrate geliefert werden, in höheren als den angegebenen Konzentrationen einzusetzen, da dies der Praxis bei der Reinigung ( viel hilft viel ) entspricht. Es gilt bei jeder Art chemischer Belastung (z.b. saure Reiniger) neben der Konzentration auf die Einwirkzeit zu berücksichtigen. An dem Beispiel eines Waschplatzes einer Parkhausanlage soll dies erläutert werden: Die Reinigung der PKW-Felgen erfolgt oftmals mit verdünnten sauren Reinigern. Der überschüssige Reiniger tropft bei Anwendung auf den beschichteten Boden. Eine Erhöhung der Konzentration am Boden erfolgt allein durch das Abdampfen der Wassers. Diese Belastung entspricht dann ggf. nicht den abgeprüften Eigenschaften bzgl. einer Säurebeständigkeit (z.b. 20%ige Lösung) wie sie z.b. nach DAfStb-RiLi T4, 2001 Abs [7] geprüft wurde. Hier wird die Prüfflüssigkeit in unterschiedlichen Konzentrationen in direkten Kontakt mit der Beschichtung über Zeiträume von wenigen Stunden bis zu Monaten gebracht. 2.3 basischer Angriff Mechanistisch betrachtet, gleicht der basische Angriff dem sauren Angriff. Man kann somit in Bild 3 das säurehaltige Medium durch ein basisches Medium ersetzen, der Ablauf ist, wie in Abschnitt 2.2 beschrieben. Die Polymere, die gegen basische Medien empfindlich sind, sind jedoch andere als die Säureempfindlichen [4,5], so dass diese Angriffe oft als unterschiedliche betrachtet werden. Sinngemäß gilt jedoch das unter Abschnitt 2.2 beschriebene auch hier, insbesondere, was die Reinigung der Flächen betrifft. Bild 4 zeigt einen Schaden an einer Polyurethanbeschichtung auf einer hochwertigen Innenstadtparkfläche. In diesem Fall reichte der regelmäßige Eintrag von Reiniger durch Risse in der beständigen Deckschicht bis in die (durch Applikation bei zu tiefer Temperatur vorgeschädigte) flexible Zwischenschicht aus, um diese völlig zu zerstören. Bild 4: Durch über einen Riß eingedrungenen basischen Reiniger zersetzte PUR- Beschichtung Dieses Beispiel illustriert wiederum die Notwendigkeit der Erstellung geeigneter Reinigungskonzepte. Sinnvolle Prüfflüssigkeiten sind in Gruppe 11 (anorganische Laugen) und 14 (wässerige Lösungen von Tensiden) nach [7] zu finden. Für den Einsatz von Reinigern gilt das in Abschnitt 2.2 gesagte.

4 2.4 Sonstige Angriffsarten Angriffsarten, die nicht in eins der oben angegebenen Schemata passen, sind beispielsweise Verfärbungen bei Kontakt mit Gegenständen, die diffusionsfreudige Chemikalien enthalten. Hier sind vor allem Verfärbungen durch zu neue Holzpaletten und die sogenannte Weichmacherwanderung an Autoreifen zu nennen. Da letztere im Parkhausbereich von Bedeutung ist, sei darauf näher eingegangen. Frisch hergestellte Autoreifen verfügen über eine Reihe leicht beweglicher Verbindungen, die im Laufe der Zeit entweder im Reifen gebunden werden oder auf dem Weg der Diffusion den Reifen verlassen. Da nach dem Verschwinden dieser Verbindungen der Reifen tendenziell spröder wird, werden sie summarisch als Weichmacher und der Vorgang als Weichmacherwanderung bezeichnet. Findet dieser Vorgang auf einer Beschichtungsoberfläche statt, kann dies zu Verfärbungen führen. Bild 5: Bleibende Verfärbungen durch Weichmacherwanderung im Stellplatzbereich eines Parkhauses Welche Verbindungen dabei genau eine Rolle spielen, ist unbekannt. Daher muss die Empfindlichkeit gegenüber Weichmacherwanderung durch Aufspannen eines Stückes eines fabrikfrischen Reifens auf eine Beschichtungsprobe festgestellt werden. Bild 5 zeigt einen entsprechenden Versuchsaufbau. Bild 6: Versuchsaufbau zur Feststellung der Empfindlichkeit gegenüber Weichmacherwanderung / Die Weichmacherwanderung tritt insbesondere bei erhöhten Temperaturen auf. Bei einer Versuchsdurchführung bei 40 C ist bereits nach 24 h 96 h mit Verfärbungen empfindlichen Beschichtungen zu rechnen. 4 ZUSAMMENFASSUNG Chemikalienbelastung ist auch für Parkflächen ein durchaus gängiger Betriebszustand. Produkte, die allgemein nicht unbedingt mit Chemikalien gleichgesetzt werden, können zu starken, chemischen Belastungen von Beschichtungsflächen führen. Insbesondere die Belastung durch Reiniger wird oft unterschätzt und kann unter ungünstigen Umständen zu erheblichen Schäden führen. Die Prüfung der Beständigkeit gegenüber dem einzusetzenden Reiniger oder, noch besser, die Abstimmung eines geeigneten Reinigungskonzeptes bereits in der Planungsphase sollte daher regelmäßig vorgesehen werden. Weitere, denkbare chemische Belastungen sind Weichmacherwanderung aus neuen Fahrzeugreifen oder die Belastung durch eher sporadische Maßnahmen wie Graffitientfernung.

5 5 LITERATUR [1] P. C. Hewlett: Chemicals. A necessary complication. In: Industriefußböden 1999, Internationales Kolloquium Januar 1999, Herausgeber P. Seidler [2] E. Cziesielski: Typische Schäden an Industrieböden. In: Industriefußböden 1995, Internationales Kolloquium Januar 1995, Herausgeber P. Seidler [3] K. Asendorf: Anforderungen an Grundierungen als wichtigstes Bindeglied zwischen Untergrund und Industrieboden In: Industriefußböden 1995, Internationales Kolloquium Januar 1995, Herausgeber P. Seidler [4] A. Mathes: EP-Beständigkeit gegen Hitze und Chemikalien In: Industriefußböden 1995, Internationales Kolloquium Januar 1995, Herausgeber P. Seidler [5] U. Schober: Chemisch und mechanisch hochbelastbare Fußböden und ihr Einsatz in Gewässerschutzsystemen. In: Industriefußböden 1991, Internationales Kolloquium Januar 1991, Herausgeber P. Seidler [6] Schriften des DIBt, Reihe B, Heft 11, Bau- und Prüfgrundsätze Beschichtungen von Auffangräumen. Ausgabe September 2000 [7] DAfStb Betonbauteile, Schutz/Instandsetzung, Ausgabe: DAfStb-Richtlinie - Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen (Instandsetzungs-Richtlinie) - Teil 4: Prüfverfahren