Kunststoffkorrosion - gibt‘s das wirklich?

Umgebungseinflüsse auf Kunststoffe und ihre negativen Folgen

Dipl.-Ing. Karl-J. Heinemann

In vielen Fachaufsätzen unterschiedlichster Publikationen wurde und wird auf die zahlreichen Vorteile von Kunststoffrohren für die Sanitär- und Heizungstechnik hingewiesen. Die Darstellungen suggerieren dem Leser häufig, dass es bei Kunststoffen zu keinerlei Problemen kommen könne, kritisiert Dipl.-Ing. Karl-J. Heinemann, und verweist auf die Ergebnisse der "3-Länder-Korrosionstagung" in Basel vom Frühjahr vergangenen Jahres. Auch Kunststoffe können korrodieren - so lautete damals das Fazit. Nachfolgend gibt der Autor eine knappe Zusammenfassung der Veranstaltung.

Während bei den metallenen Werkstoffen Einflussfaktoren und ihre Auswirkungen weitgehend bekannt sind, liegt bei den Kunststoffen vieles im Dunkeln. Auch bei den Kunststoffen gibt es in der Praxis eine Vielzahl von Schadensfällen, die unter dem Begriff "Korrosion" einzuordnen sind. Beispielsweise wurden allein im Bereich der mikrobiell beeinflussten Korrosion bei Kunststoffrohren bisher mehr als 250 Arten von Mikroorganismen von biologisch zerstörten Polymeren isoliert, berichtete Prof. Dr. habil. G. Schmitt (Iserlohn). Kunststoffe seien für Mikroorganismen beliebte Besiedlungssubstrate, da sie gleichzeitig als Kohlenstoff- oder Stickstoffquelle (Polyamide, Polyacrylamide, etc.) innerhalb des mikrobiellen Stoffwechsels genutzt würden. Es gebe praktisch keinen Kunststoff, welcher gegen mikrobielle Besiedlung immun sei. Die durch die Mikroben entstehenden organischen Verbindungen könnten einen Abbau der Polymere bzw. der Additive einleiten. Die Bildung von kleinen Löchern und Mulden, aber auch von Rissen, sei bei der mikrobiellen Korrosion von Polymeren bis zu einem gewissen Grade möglich. Bestimmte Mikroorganismen griffen bevorzugt Gummis an.

Chemische und physikalische Schädigungsprozesse spielen bei der Korrosion von Kunststoffen laut Dr. W. Wunderlich (Darmstadt) eine wichtige Rolle. Der Experte verwies darauf, dass in der Praxis diese Schädigungen in der Regel beim Zusammenkommen verschiedener chemischer und physikalischer Prozesse entstünden, auf die eine komplexe molekulare Reaktion erfolge. Das sei auch der Grund, warum heute noch die wissenschaftliche Aufklärung von Schädigungsprozessen bei Kunststoffen eine große Herausforderung darstelle.

Alterung von Elastomeren

Diese Aussage gilt laut Prof. Dr.Dr.h.c. B. Blümich (Aachen) sinngemäß auch für Elastomere. Beispiel Gummi: Dessen Eigenschaften sind stark von der Verarbeitung abhängig. Die thermische Alterung verläuft je nach chemischer Umgebung unterschiedlich. Insbesondere spielen Sauerstoff und dessen Diffusion in das Gumminetzwerk eine maßgebliche Rolle. Dynamische Belastungen führen zur Ermüdung und Alterung des Materials. Dehnung und Kompression ändern das Diffusionsverhalten für Gas- oder Flüssigkeitsmoleküle aus der Umgebung in das Material.

Das Gesicht der Kunststoffkorrosion…

Neben den wissenschaftlich ausgerichteten Beiträgen gab es viele Berichte aus der Praxis zu Schadensfällen und ihren Ursachen.

Dipl.-Ing. F. Hingott (Frankfurt a.M.) berichtete über Schäden an Bauteilen aus PE-HD, PVDF und PTFE und deren Ursachen. So würden z.B. Spannungsrisse in Rohrleitungen aus PVDF durch alkalische Medien oder Spannungsrisse in Polypropylen durch Spuren von Schwefeltrioxid ausgelöst. Auch Erosion, Kavitation und Verschleiß könnten Polymerwerkstoffe schädigen. Bei Instandhaltungsmaßnahmen sei zu berücksichtigen, ob der vorhandene Rohrwerkstoff durch betriebliche Beanspruchungen vorgeschädigt ist. Reparaturschweißungen z.B. an Abwasserrohrleitungen aus PE-HD seien in solchen Fällen allenfalls in Notfällen durchzuführen.

Durch Abbau und Zerfall der Kunststoffe (Korrosion/Dilaboration) bewirkte Zerstörung von Warmwasserleitungsrohren und -fittings aus Trinkwasserhausinstallationen nach einer Lebensdauer von 10 bzw. 15 Jahren unter üblichen Bedingungen. Die Bilder zeigen die Rohr- und Fittinginnenansichten. Die Abstände der Randstriche betragen 1 mm.

…in der Hausinstallation

Dipl.-Ing. Karl-J. Heinemann (München) zeigte anhand der von ihm verfassten 62-seitigen Broschüre "Installationsprobleme - Ein Ratgeber zu Schadensfällen in der Hausinstallation" das Gesicht der Bauteilzerstörung in wasserführenden Druckrohrleitungssystemen aus Kunststoffen in der Haustechnik. Er bedauerte, dass in den Planungs-, Montage-, Betriebs- und Instandhaltungsanweisungen einschlägiger Produkthersteller und Systemvertreiber immer wieder unzureichende, praxisfremde oder sogar widersprüchliche Angaben zu den Einsatzbedingungen des Werkstoff- und Bauteileinsatzes zu finden seien. Bei Fragen und Recherchen zu Problemen und Schäden stoße er immer wieder auf eine unzureichende Kooperationsbereitschaft seitens der Hersteller. Werksnormen und -geheimnisse be- bzw. verhinderten oftmals eine fachgerechte Schadensanalyse und eine damit verbundene Schadensprophylaxe.

Heinemann verwies in diesem Zusammenhang auf die gängige BGH-Rechtsprechung zur Haftung des Anlagenerstellers für Sicherheit und Gebrauchstauglichkeit des von ihm erstellten Werkes auch ohne ein Verschulden seinerseits und warnte vor dem Einsatz von Werk- und Baustoffen, für die noch keine "allgemeine Anerkennung" im Rahmen der üblichen Anforderungen in der Praxis gegeben ist.

Der Sachverständige schlug darüber hinaus vor, für den Abbau bzw. Zerfall von Kunststoffen anstatt des Begriffes "Korrosion" den neuen Begriff "Dilaboration" (lat. dilabor = abbauen, zerfallen) einzuführen. Heinemann: "Aufgrund der besonderen physikochemischen Zusammenhänge ist der Begriff Korrosion den metallenen Werkstoffen vorzubehalten, auch um weiteren fachterminologischen Definitionsproblemen im nationalen und internationalen Regelwerk entgegenzuwirken."

Literaturtipps

Ein 100-seitiger, bebilderter Tagungsband zur 3-Länder-Korrosionstagung ist zum Preis von 30,00 Euro bei der GfKORR (Fax: 069/7564391, E-Mail: gfkorr@dechema.de) erhältlich.

Der "Ratgeber zu Schadensfällen" ist beim Krammer-Verlag zum Preis von 30,00 Euro erhältlich. Die Bezugsadresse: Hermannstr. 3, 40233 Düsseldorf, Fax: 0211/9149-480, E-Mail: buecher@krammerag.de.

Einsatz optimierter Additivkombinationen

Dr. M.C. Grob (Basel/Schweiz) befasste sich in seinem Vortrag mit der "Verbesserung der Beständigkeit von Kunststoffen durch Additive". Es gelte, durch geeignete Stabilisierung die vorzeitige Alterung von Kunststoffen zu überwinden, die während des gesamten Lebenszyklus von der Polymerisation bis zur Endanwendung durch Abbaureaktionen das Endprodukt negativ beeinflussen könne. Dazu müssten aber die vollständigen Randbedingungen der Anwendung bekannt sein - was nicht immer der Fall sei. Thermomechanische, thermooxidative und fotooxidative Prozesse führten zu Veränderungen. Sauerstoff, aber auch andere aggressive Reagenzien, die Kunststoffe angreifen, wie aktives Chlor in chloriertem Trinkwasser, Stick- oder Schwefeloxide in der Umgebung von Luftschadstoffen, von Verbrennungsmotoren, in Industriearealen oder in der Abwasserkanalisation, spielten in vielen Prozessen eine zentrale Rolle. Da Kunststoffe außer Alterungserscheinungen während des Gebrauchs auch während der Verarbeitung hohen thermischen Belastungen und großer Scherung unterlägen, sei in allen Fällen die gesamte Stabilisierung im Hinblick auf die Endanwendung zu entwickeln und zu optimieren.

Glossar

Polymere:
In der Fachsprache der Chemiker verwendeter Begriff für Werkstoffe, die landläufig als Kunststoffe bezeichnet und vollsynthetisch durch Verknüpfung von kleinen Molekülen (Monomere) zu Makromolekülen (Polymere) hergestellt werden. Die Basis der meisten Kunststoffe sind Kohlenwasserstoffverbindungen.

Polyamide, Polyacrylamide:
Polymere mit Stickstoff- bzw. Ammoniumverbindungen.

Addititve:
Hilfsstoffe für die Verarbeitung der Polymere und zur Verbesserung oder Abwandlung der Materialeigenschaften.

Elastomere:
Kettenpolymere, die durch Vulkanisation vernetzt werden können und dabei gummielastische Eigenschaften erhalten.

Thermo- und fotooxidative Prozesse:
Abbaureaktionen der Kunststoffe durch Wärme- bzw. Lichteinwirkungen.

Schlusswort

Im Schlusswort forderte Prof. Dr.habil. G. Schmitt, der Vorsitzende der Gesellschaft für Korrosionsschutz (GfKORR), für die im Vergleich zu metallenen Werkstoffen noch sehr jungen Kunststoffe verbesserte Prüf- und Untersuchungsmethoden in Verbindung mit sorgfältigen Dokumentationen. Es bestehe ein eindeutiger Forschungs- und Entwicklungsbedarf, ferner müsse die überbetriebliche Normung vorangetrieben werden. Der neu gegründete Arbeitskreis "Korrosion von Polymerwerkstoffen" der GfKORR und der Forschungsgesellschaft Kunststoffe in Darmstadt wolle sich diesen Zielen widmen.

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