Entwicklung eines Prüfkonzeptes zur Bestimmung der Langzeitwirkung von Hydrophobierungsmitteln

Diplomarbeit aus dem Jahr 1995 im Fachbereich Chemie - Anorganische Chemie, Note: 1,3, Westfälische Wilhelms-Universität Münster (Anorganische Chemie), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Einleitung:
Erste Ergebnisse einer Freilandexpositionsstudie mit Naturstein, die 1986 in der BRD begonnen wurde, werden präsentiert. Das Expositionsprogramm beinhaltete zehn verschiedene, unter denkmalpflegerischen Gesichtspunkten bedeutende Natursteinsorten sowie elf verschiedene Typen kommerziell erhältlicher Hydrophobierungsmittel auf der Basis von Organosiliciumverbindungen. Die behandelten Materialien wurden an sechs verschiedenen Standorten, die unterschiedlichen Klima- und Immissionsgegebenheiten in Mitteleuropa entsprechen, aufgestellt. Ein komplettes Proben-Set wurde für vergleichende Untersuchungen unter Laborbedingungen gelagert.
Die im Jahr 1994 begonnene Auswertung liefert Ergebnisse im Hinblick auf geeignete Applikationen an bewittertem Naturstein und zeigt Wege für eine systematische Überprüfung der Langzeitwirkung von Schutzmitteln auf. Es wurden drei von ihrer Kornbindung her verschiedene Materialien ausgewählt: Baumberger Kalksandstein (calcitisch), Schleeriether (tonig) und Obernkirchener Sandstein (quarzitsch).
Die Langzeitwirkung der Oberflächenbehandlungen erweist sich als z.T. sehr unterschiedlich sowohl hinsichtlich der mineralischen Substrate als auch der applizierten Schutzmittel. In der Mehrzahl der untersuchten Freilandproben ist die wasserabweisende Wirkung der Kondensate auf dem calcitischen und dem tonigen Material im Vergleich zum kieseligen Quarzsandstein erheblich stärker reduziert. Im Fall der ersten beiden Steinsorten zeigt ein Kombinationsmittel mit hochkonzentriertem Kieselsäureester als Festigerkomponente die besten Resultate. Dieses System ist auf Obernkirchener Sandstein deutlich abgebaut, während die reinen Hydrophobierungsmittel eine weitgehend unverändert gute Wirkung zeigen.
Die Oberflächencharakteristika der aus den Imprägniermitteln gebildeten Kondensationsprodukte wurden unter Heranziehung der Flugzeit- (Time-of-flight-) Sekundärionen-Massenspektrometrie (TOF-SIMS) untersucht. Die TOF-SIMS-Analyse der z.T. als Mischungen kurz-(Methyl-) und langkettiger (Octyl-) Alkylsilylester vorliegenden Mittel deutet auf das Vorliegen von Silsesquioxanen ([RSiO1,5]n) und deren Homoderivaten ([RSiO1,5]nROHSiO) lediglich der kurzkettigen Verbindung. Die vergleichende Untersuchung der Stabilität einer Silan- und einer Siloxan-Mischung auf Obernkirchener Sandstein (Expositionsdauer 8 Jahre) zeigt im Fall der Silan-Mischung die Präsenz der spezifischen Silsesquioxane, im Fall der Siloxan-Mischung das Fehlen und damit den Abbau der Käfigmoleküle an.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
1.Steinzerfall - Steinkonservierung1
1.1Einleitung1
1.2Naturstein: Verwendung und Herkunft2
1.2.1Verwendung von Naturstein für Denkmäler2
1.2.2Naturstein im geologischen Überblick2
1.3Formen der Gesteinsverwitterung4
1.3.1Physikalische Verwitterung5
1.3.2Chemische Verwitterung8
1.4Schutzmaßnahmen11
1.4.1Allgemeines zum Schutz mineralischer Werkstoffe11
1.4.2Das chemische Spektrum der Steinschutzstoffe13
1.4.2.1Übersicht13
1.4.2.2Polymere organische Verbindungen14
1.4.2.3Siliciumorganische Verbindungen16
1.5Forschungsaufgaben zum Ziel der Natursteinkonservierung19
2.Freiland-Exposition von Naturstein zur Untersuchung der Langzeit-Wirkung von Hydrophobierungsmitteln21
2.1BMFT-Untersuchungskonzept21
2.2Naturstein-Prüfkörper im Expositionsprogranun22
2.2.1Ausgewählte Steinsorten und ihre regionale Verbreitung22
2.2.2Prüfkörpergeometrie und Art der Aufstellung23
2.2.3Materialkennwerte als Untersuchungskriterien24
2.3Hydrophobierungsmittel IM BMFT-Programm25
2.4Expositionsstandorte26
2.4.1Auswahl ...

Klappentext

Inhaltsangabe:Einleitung: Erste Ergebnisse einer Freilandexpositionsstudie mit Naturstein, die 1986 in der BRD begonnen wurde, werden präsentiert. Das Expositionsprogramm beinhaltete zehn verschiedene, unter denkmalpflegerischen Gesichtspunkten bedeutende Natursteinsorten sowie elf verschiedene Typen kommerziell erhältlicher Hydrophobierungsmittel auf der Basis von Organosiliciumverbindungen. Die behandelten Materialien wurden an sechs verschiedenen Standorten, die unterschiedlichen Klima- und Immissionsgegebenheiten in Mitteleuropa entsprechen, aufgestellt. Ein komplettes Proben-Set wurde für vergleichende Untersuchungen unter Laborbedingungen gelagert. Die im Jahr 1994 begonnene Auswertung liefert Ergebnisse im Hinblick auf geeignete Applikationen an bewittertem Naturstein und zeigt Wege für eine systematische Überprüfung der Langzeitwirkung von Schutzmitteln auf. Es wurden drei von ihrer Kornbindung her verschiedene Materialien ausgewählt: Baumberger Kalksandstein (calcitisch), Schleeriether (tonig) und Obernkirchener Sandstein (quarzitsch). Die Langzeitwirkung der Oberflächenbehandlungen erweist sich als z.T. sehr unterschiedlich sowohl hinsichtlich der mineralischen Substrate als auch der applizierten Schutzmittel. In der Mehrzahl der untersuchten Freilandproben ist die wasserabweisende Wirkung der Kondensate auf dem calcitischen und dem tonigen Material im Vergleich zum kieseligen Quarzsandstein erheblich stärker reduziert. Im Fall der ersten beiden Steinsorten zeigt ein Kombinationsmittel mit hochkonzentriertem Kieselsäureester als Festigerkomponente die besten Resultate. Dieses System ist auf Obernkirchener Sandstein deutlich abgebaut, während die reinen Hydrophobierungsmittel eine weitgehend unverändert gute Wirkung zeigen. Die Oberflächencharakteristika der aus den Imprägniermitteln gebildeten Kondensationsprodukte wurden unter Heranziehung der Flugzeit- (Time-of-flight-) Sekundärionen-Massenspektrometrie (TOF-SIMS) untersucht. Die TOF-SIMS-Analyse der z.T. als Mischungen kurz-(Methyl-) und langkettiger (Octyl-) Alkylsilylester vorliegenden Mittel deutet auf das Vorliegen von Silsesquioxanen ([RSiO1,5]n) und deren Homoderivaten ([RSiO1,5]nROHSiO) lediglich der kurzkettigen Verbindung. Die vergleichende Untersuchung der Stabilität einer Silan- und einer Siloxan-Mischung auf Obernkirchener Sandstein (Expositionsdauer 8 Jahre) zeigt im Fall der Silan-Mischung die Präsenz der spezifischen Silsesquioxane, im Fall der Siloxan-Mischung das