Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Gegenstand des Projektes war die Entwicklung und Erprobung eines Verfahrens, welches zu einer sicheren und langlebigen Rohrinnensanierung f\u00fchrt. Um die Nachteile, der bestehenden Methoden zu \u00fcberwinden zielte dieses Vorhaben darauf einen ganzheitlichen Ansatz zu entwickeln: von der Vorbereitung und Reinigung der Oberfl\u00e4chen \u00fcber die gezielte Vorbehandlung und Applikation von Beschichtungsklassen auf Basis von bisher nicht f\u00fcr diesen Einsatzzweck untersuchten Polysilazanverbindungen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Vorhaben gliederte sich in die \u00fcbergeordneten Teilprojekte: Reinigung der Innenoberfl\u00e4che, Vorbereitung der Rohrinnenoberfl\u00e4che, Beschichtungssystem, Applikation in Rohrleitungen:<\/p>\n
–\tReinigung der Innenoberfl\u00e4che
\no\tAuslagerungsversuche von Kupfer in Trinkwasser bei Raumtemperatur
\no\tBeizversuche
\n?\tVerzinkter Stahl und Stahl
\n?\tKupfer
\n?\tNichtrostender Stahl
\n–\tVorbereitung der Rohrinnenoberfl\u00e4che
\no\tKonditionierung der Oberfl\u00e4chen Zink, Stahl und Kupfer
\no\tKontaktwinkelmessungen
\no\tElektrochemische Untersuchungen
\no\tBeurteilung der Oberfl\u00e4che mittels Rasterelektronenmikroskopie
\n–\tBeschichtungssystem
\no\tRecherche, Rezeptierung, vergleichende Pr\u00fcfung und Optimierung von Beschichtungssystemen
\no\tApplikation auf Probenblechen
\no\tKorrosionsversuche, elektrochemische Untersuchungen
\no\tSalzspr\u00fchnebelpr\u00fcfung SSNT DIN EN ISO 9227
\no\tKondenswasser-Konstantklimatest KK\u0096Test DIN EN ISO 6270-2
\no\tImpedanzmessungen
\no\tHaftfestigkeit
\no\tHaftfestigkeit vor der Auslagerung
\no\tHaftfestigkeit nach der Auslagerung
\no\tPr\u00fcfung der Best\u00e4ndigkeit gegen TW-zugelassene Desinfektionsmittel
\no\tRezepturoptimierung
\no\tKorrosionsversuche (Kalt-, Warmwasser)
\no\tKaltwasser
\no\tWarmwasser
\no\tHaftfestigkeitsversuche vor und nach der Auslagerung
\no\tUntersuchung auf Poren in der Beschichtung
\n–\tApplikation in Rohrleitungen
\no\tApplikationsversuche in Rohrleitungen unterschiedlicher L\u00e4nge
\no\tAush\u00e4rtung mit warmer Luft
\no\tAuffangen der Reaktionsprodukte
\no\tSchichtdickenmessungen<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die visuelle Untersuchung der gesch\u00e4digten und gestrahlten Rohrhalbschalen der Rohrinnensanierer zeigte deutlich noch Reste von Korrosionsprodukten auf der Oberfl\u00e4che. Dies machte noch einmal deutlich, dass ein weiterer Beizschritt vor der Konditionierung erforderlich ist. Die Untersuchung der Vorbehandlungsschritte f\u00fcr eine Rohrinnensanierung beinhaltet das Strahlen und das Beizen. Das Strahlen dient als Vorbehandlung zum einen dem Entfernen harter Verunreinigungen auf der Oberfl\u00e4che sowie dem Aufrauen der Oberfl\u00e4che f\u00fcr etwaige nachfolgende Beschichtungsprozesse. Korund und Glas funktionieren als Strahlmittel, f\u00fchrten bei Kupfer aber zu unterschiedlichen Oberfl\u00e4chen. <\/p>\n
Das Beizen von Trinkwasserrohren erfolgt mit Phosphor- und Zitronens\u00e4ure. Diese S\u00e4uren wurden ausgew\u00e4hlt, da es sich um S\u00e4uren handelt, die durch den Nachsp\u00fclprozess nicht gegen die Trinkwasserverordnung versto\u00dfen w\u00fcrden, da sie eine Lebensmittelzulassung haben. Zitronens\u00e4ure hat die Eigenschaft leicht handhabbar zu sein, da es in Pulverform leicht transportabel ist und beim Vorhandensein eines Augenschutzes ebenfalls ungef\u00e4hrlich ist. F\u00fcr das Projekt ist es entscheidend, dass diese S\u00e4uren vorhandene Korrosionsprodukte entfernen und dabei im Werkstoff keine weiteren Sch\u00e4den anrichten, die durch die verringerte Wanddicke zu neuen L\u00f6chern f\u00fchrt.<\/p>\n
Die Abtragungsgeschwindigkeit nach DIN 50905 Teil 2 macht eine Beurteilung der Korrosionsbest\u00e4ndigkeit einfacher, da auf diese Weise ein Wert entsteht, mit dem, bei vorausgesetztem gleichm\u00e4\u00dfigem Abtrag, die Abnahme der Werkstoffdicke und nicht der Massenverlust darstellen l\u00e4sst. Auf diese Weise kann abgesch\u00e4tzt werden, wie lange der Werkstoff in dem Medium einsetzbar ist. <\/p>\n
Um die Wirkung von Zitronens\u00e4ure zu untersuchen, wurden Bleche in definierter Gr\u00f6\u00dfe aus Zink, unlegiertem Stahl und feuerverzinktem Stahl gestrahlt und mit verschiedenen Konzentrationen gebeizt. Bei den Beizversuchen der Bleche mit Zitronens\u00e4ure ist anhand der Auftragungen (Abb. 8) zu sehen, dass der Wertebereich f\u00fcr s\u00e4mtliche Beizversuche f\u00fcr Zink und Stahl zusammenbetrachtet in einem Bereich von ca. 3 mm\/a bis 10 mm\/a liegt. Die Beizversuche f\u00fcr verzinkter Stahl dagegen haben einen Wertebereich von ca. 33 mm\/a bis ca. 326 mm\/a. Somit ist die Abtragungsgeschwindigkeit der Verzinkung von verzinktem Stahl verglichen mit der Obergrenze von 10 mm\/a f\u00fcr Stahl und Zink um das ca. 3 bis 30x erh\u00f6ht. Bei den Untersuchungen hat sich gezeigt, dass die Abtragungsgeschwindigkeit bei Stahl und Zink gegen\u00fcber der Abtragungsgeschwindigkeit der Verzinkung von verzinktem Stahl vernachl\u00e4ssigbar ist. Beim verzinkten Stahl findet unter einer Schwarzf\u00e4rbung ein teilweiser vollst\u00e4ndiger Abtrag der Eisen-Zink-Legierungsphase bzw. der Verzinkung statt.
\nSomit k\u00f6nnen bei einer Oberfl\u00e4chenreinigung im Rahmen einer Sanierungsma\u00dfnahme mit Zitronens\u00e4ure bevorzugt Verzinkungsreste an Rohre entfernt werden, ohne den Stahluntergrund des Rohres dabei einen \u00fcberm\u00e4\u00dfigen Angriff durch die Zitronens\u00e4ure auszusetzten.<\/p>\n
Bei der Anwendung der Zitronens\u00e4ure auf benutzte und gestrahlte Rohrproben mit Korrosionsschichten zeigte sich jedoch, dass die Zitronens\u00e4ure bei dicken und gleichm\u00e4\u00dfigen Korrosionsschichten nicht in der Lage ist die Korrosionsschicht vollst\u00e4ndig abzutragen. D\u00fcnne und feine Korrosionsschichten werden dagegen vollst\u00e4ndig entfernt. Die vollst\u00e4ndig gereinigte Oberfl\u00e4che, wie auch die nicht entfernten Korrosionsschichten sind jedoch nach dem Beizen frei von Verzinkungen.<\/p>\n
Zitronens\u00e4ure und Phosphors\u00e4ure konnten als geeignete Beize auch f\u00fcr nichtrostenden Stahl verifiziert werden und es ist keine Verwendung eines Inhibitors aufgrund der geringen Abtragungsrate von >100 \u00b5m\/a notwendig.<\/p>\n
In Abb. 9 ist die Abtragungsgeschwindigkeit von Kupfer in Zitronens\u00e4ure und Phosphors\u00e4ure bei verschiedenen Konzentrationen gezeigt. Es zeigt sich, dass alle Konzentrationen mit einer anfangs hohen Geschwindigkeit starten und mit zunehmender Dauer in der S\u00e4ure an Geschwindigkeit verlieren. So fangen sie erst in einem Bereich von 11 \u00b5m\/a und h\u00f6ren dann im Bereich von 1-2 \u00b5m\/a auf. Dieser Verlauf zeigt, dass es einen Anfangseffekt beim Start des Beizens gibt, der aber mit zunehmender Dauer abflacht und sich auf die Geschwindigkeit einstellt, die auf den reinen Kupferabtrag zur\u00fcckzuf\u00fchren ist. <\/p>\n
Die Abtragungsgeschwindigkeit der S\u00e4uren wird noch zwischen den blanken Blechen und den Rohren verglichen. Diese wurden daf\u00fcr in einer halblogarithmischen Darstellung aufgetragen, um die Differenz vom Abtrag von nur Kupfer zu Korrosionsprodukten darzustellen. In Abb. 9 ist bei Beiden gut zu erkennen, dass zwischen dem oxidierten Rohr und dem blanken Kupferblech drei Zehnerpotenzen liegen. Die Anwendung der Beize in der Praxis bei einer Dauer von 1-2 h und einem ungef\u00e4hren Abtrag von 0,001 mm\/a sollte demnach nur um eine Verringerung von 0,1-0,2 \u00b5m resultieren.<\/p>\n
Die grunds\u00e4tzliche Idee der Vorbereitung der Rohrinnenoberfl\u00e4che vor dem Beschichten beruht darauf, dass durch diese Modifizierung der Oberfl\u00e4che ein zus\u00e4tzlicher Korrosionsschutz der Metalloberfl\u00e4che realisiert wird. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass dies auch grunds\u00e4tzlich m\u00f6glich ist, die Effekte aber relativ schwach sind. Dies beruht vermutlich auf einer wenig stabilen Bindung der Molek\u00fcle an die Stahl-, Zink- oder Kupferoberfl\u00e4che. In der Kombination der modifizierten Oberfl\u00e4che mit der Beschichtung k\u00f6nnen ebenfalls keine deutlich positiven Effekte beobachtet werden. Bei l\u00e4ngeren Auslagerungsversuchen kommt es zu einer beschleunigten Blasenbildung, was ebenfalls darauf hinweist, dass die Anbindung der Inhibitoren an die Metalloberfl\u00e4che nicht stabil genug f\u00fcr diesen Anwendungszweck ist. <\/p>\n
Die Ergebnisse der Beschichtungssysteme sind vielversprechend f\u00fcr das Substrat Kupfer. Der vernickelte Stahl zeichnet sich durch ein relativ schnelles Versagen der Beschichtung in den Pr\u00fcfungen aus. Hier kann es eine Rolle gespielt haben, dass die Stahloberfl\u00e4che nach der Reinigung relativ rau ist und die Beschichtungssysteme relativ d\u00fcnn, so dass m\u00f6glicherweise Fehlstellen in der Beschichtung vorhanden waren. Auf Kupferoberfl\u00e4chen zeigten die Beschichtungen aber einen langanhaltenden Korrosionsschutz, der sicher auch f\u00fcr Anwendungen in der Praxis geeignet ist. Auch eine Unterwanderung an Fehlstellen konnte nicht beobachtet werden. Die aus den Impedanzmessungen bestimmten Widerst\u00e4nde bleiben \u00fcber lange Zeit in einem hohen Bereich, der auf eine ausreichende Stabilit\u00e4t des Beschichtungssystems hinweist.<\/p>\n
Die Applikation der Beschichtung durch Tauchen oder Spritzen stellt einen einfachen Prozess dar, der zu guten Ergebnissen f\u00fchrt. F\u00fcr die Applikation der Rohrinnenseite wurde die Beschichtung in ein Rolersystem im Labor eingef\u00fcllt und die \u00fcbersch\u00fcssige Beschichtung wieder abgelassen. Hierdurch ergeben sich \u00dcberdicken, die ungen\u00fcgend abreagieren konnten. Auch zeigten sich kleine Fehlstellen in der Oberfl\u00e4che. Hier m\u00fcsste noch ein Optimierungsprozess der Rolerinnenbeschichtung stattfinden. Die relativ d\u00fcnnen Schichtst\u00e4rken erfordern sicher eine Optimierung des Beschichtungsprozesses. Bei der Aush\u00e4rtung der Beschichtung entwickelt sich Ammoniak, welches langsam an das Trinkwasser abgegeben wird. Hier ist in Praxis darauf zu achten, dass dann ein gen\u00fcgend langer Zeitraum eingeplant wird, bis das Wasser wieder f\u00fcr das Trinken verwendet wird. <\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die Projektergebnisse sind noch nicht ver\u00f6ffentlicht. <\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Grunds\u00e4tzlich konnten gute Ergebnisse f\u00fcr das Substrat Kupfer im Laborma\u00dfstab erzielt werden. Beschichtungen auf Basis von Polysilazanen bilden beim Aush\u00e4rten im Wesentlichen ein SiO2-Netzwerk aus, welches einen glasartigen Charakter aufweist und damit umweltfreundlich ist. Verfahren zur Reinigung und Vorbehandlung von Rohrinnenoberfl\u00e4chen wurden entwickelt und erprobt. Die Haftfestigkeit und Korrosionsbest\u00e4ndigkeit der Beschichtung auf Kupferoberfl\u00e4chen ist in den Laborversuchen sehr gut. Verzinkte Stahlrohre zeigen keinen vergleichbar guten Effekt. Hier ist offensichtlich die Stabilit\u00e4t der Grenzfl\u00e4che Beschichtung\/verzinkter Stahl nicht ausreichend stabil, so dass es sehr schnell zu Enthaftungen kommt. Weitere Entwicklungen zur Stabilisierung der Grenzfl\u00e4che sind notwendig. Die Applikation der Beschichtung durch Tauchen oder Spr\u00fchen ist gegeben. Auf Basis der vielversprechenden Ergebnisse kann ein klares betriebswirtschaftliches Potenzial f\u00fcr das Konzept gesehen werden. Vor einer Markteinf\u00fchrung sind zun\u00e4chst Erprobungen und weitere Optimierungen an gr\u00f6\u00dferen Installationen sowie die Erlangung einer Trinkwasserzulassung erforderlich.<\/p>\n
Die Antragstellerin und Bewilligungsempf\u00e4ngerin Warnecke & B\u00f6hm GmbH hat ihren operativen Gesch\u00e4ftsbetrieb zum 31.12.2022 aufgegeben. Zur Beendigung des Projektes und f\u00fcr eine m\u00f6gliche sp\u00e4tere Verwertung wurde das Projekt zum 31.12.2022 von der Feycolor GmbH aus Regensburg \u00fcbernommen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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