Kunststoffen en Rubber instituut TNO (KRI)
TNO-Industrie
Vestiging De·lft Schoemakerstraat 97,2628 VK Deift Postbus 6031 2600 JA Delft Telex 38067 kri nl Fax 015 - 56 63 08 Telefoon Oi 5 - 69 69 00
let
Rapportnummer 660/'92
Auteurs
LITERATUURONDERZOEK INZAKE HET LANGEDUUR WEEKMAKERVERLIES VAN ONDERGRONDS TOE TE PASSEN PVC-P FOLIES
Drs. J.D.M. Wisse, Ir. T.A. der Kinderen
Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden vermenigvuldigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook, zonder voorafgaande toestemming van TNO.
Datum
10 november 1992
Opdracht nr.
870230276
Opdrachtgever
Ministerie van Verkeer en Waterstaat Directoraat-Generaal Rijkswaterstaat Bouwdienst RWS Postbus 20000 3502 LA UTRECHT
Ref. opdracht
Onze offerte MP 0151/92 JT d.d. 21-04-1992; Uw opdrachtbon nummer DAXA 011 d.d. 21-05-1992
Projectleider
Ir. T.A. der Kinderen
Werkgroep
Materiaal- en produkt beoordeling
Aantal pagina's
30
Indien dit rapport in opdracht werd uitg.ebracht, wordt voor de rechten en verplichtrngen van opdrachtgever en opdrachtnemer verwezen naar de 'Algemene Voorwaarden voor Onderzoeksopdrachten aan TNO', dan wel de betreffende terzake tussen partijen gesloten overeenkomst, Het ter inzage geven van het TNO-rapport aan dlreot belanghebbenden is toeqestaan.
@TNO
Nederlandse organisatie voor toegepast-natuurwetenschappelijk
onderzoek
TNO-Industrie doet onderzoek en verleent diensten op het terrein van de lndustrlêle Technologie. Zij richt zich daarmee op de industne, de dienstensector en de overheid. lndustriêle technologie omvat gebieden als toegepaste fysica, chemie, produklonlWikkeling, produklietechnologie, rnateriaajkunde, bedrijfskunde, micro-elektronica, informatica en telematica.
Op opdrachten aan TNO zijn van toepassing de Algemene Voorwaarden voor onderzoeksopdrachten aan TNO, zoals gedeponeerd bij de Arrondissementsrechtbank en de Kamer van Koophandel te 's-Gravenhaçe.
KRI-TNO, werkgroep materiaal-
en produktbeoordeling 10 november 1992
nr.: 660 " 92.
pagina 2
SAMENVATTING In dit rapport zijn de resultaten beschreven van een literatuuronderzoek naar gegevens over het eventueel op de langeduur te verwachten weekmakerverlies van ondergronds toe te passen weekgemaakt-polyvinyl
(PVC-P)
folies. Het rapport geeft een beschrijving van de processen volgens welke afgifte van weekmaker uit PVC-P naar de omgeving plaats kan vinden. Verder is nagegaan met welke mate van verlies c.q. verandering van mechanische eigenschappen rekening gehouden moet worden als gevolg van het weekmakerverlies,
en welke relevantie dit heeft voor de beschouwde
toepassingen. Uit het onderzoek komt naar voren, dat binner. de randvoorwaarden
van de
ondergronds toe te passen folies het verlies van weekmaker naar de lucht als een relatief ondergeschikt risico is in te schatten. Van de meeste weekmakertypen
zijn deze gegevens in enigerlei vorm bekend. Op grond
daarvan kan een zodanige keus gemaakt worden dat dit risico tot een voor de toepassing acceptabel niveau wordt gereduceerd. Ook de afgifte aan water is, op zich genomen, een effect dat door meerdere auteurs als relatief klein wordt betiteld. De situatie verandert echter indien water in combinatie met organisch materiaal, afkomstig uit de omgeving of de bodem, met het PVC-P in kontakt komt. Een dergelijk substraat blijkt als een "absorbens" voor meerdere weekmakers
te kunnen optreden. Een dergelijke interactie is
bijvoorbeeld denkbaar op het grensvlak van een organisch materiaal voerende drainagelaag
en het PVC-P membraan in de onderafscherming
van
een stortplaats of opslagplaats, of op het grensvlak van een PVC-P afdichting en een humusrijke ondergrond. Bevat het water organische stoffen dan is ook de permeabiliteit van het membraan voor deze stoffen een aandachtspunt. Bij de bovengenoemde
punten noopt echter het ontbreken van gedetailleerde
data over de hoedanigheid en samenstelling van de PVC-P membranen in de hier beschouwde ondergrondse toepassingen in de civiele techniek tot voorbehoud bij het trekken van conclusies in zowel positieve als negatieve zin.
TNO-rapport
KRI-TNO, werkgroep materiaal- en produktbeoordeling nr .:
660
I • 92. •
10 november 1992
3
De langste (buitenlandse) ervaringen met PVC-P membranen ondergronds belopen ongeveer 20 - 25 jaar. In functioneel opzicht blijken PVC-P membranen
ondergrondse toepassingen, voorzover er over feitelijke
ervaringen is gepubliceerd, tot dusverre geen aanleiding te geven tot aanwijsbare problemen. Anderzijds bestaat er echter weinig inzicht in de marges van teruggang in flexibiliteit en rekvermogen als gevolg van weekIr.akerverlies,die nog als toelaatbaar kunnen worden beschouwd in verband met het duurzaam functioneren van PVC-P membranen in dit soort toepassingen, gelet op het kunnen volgen van grondzettingen, het weerstand kunnen bieden aan waterstandverlaging, De feiteli
etc.
gebruikte samenstelling van het PVC-P compound is doorslag-
gevend voor het langeduurgedrag. Nochtans staat het in ieder geval vast, dat er steeds een re~le kans is op de hiervoor geschetste veranderingen in de PVC-P folie, omdat deze altijd in meerdere of mindere mate zullen kunnen optreden, afhankelijk van de hoedanigheid van de folie. Een onzekerheid is, in hoeverre het weekrr.akergehaltein deze praktijktoepassingmag
teruggaan alvorens er problemen te verwachten zijn. Uit de
in de literatuur gevonden gegevens blijkt dat een door ons aangegeven grens van maximaal 10 w/w % absolute teruggang in weekmakergehalte
als
een goed criterium mag worden gezien. Uitgaande van dit criterium zou een conditiebewaking van afdichtingen denkbaar zijn waarbij speciaal voor dit doel aangebrachte monsters op gezette tijden uit de constructie zouden kunnen worden verzameld, uiteraard zonder dat de functionaliteit van de membraanconstructie hierdoor wordt aangetast.
projectleider
rapporteur
Ir. T.A. der Kinderen
Drs. J.D.M. Wisse
Kal-TNO, werkgroep materiaal- en produktbeoordeling nr.: 660" 92.
10 november 1992
INHOUDSOPGAVE
pagina 4
blz.
S.A.M!NVATTING
2
INHOUDSOPGAVE
4
1
INLEIDING
5
2
METHODIEK
6
3
VERKREGEN
4
INTERPRETATIE
11
5
CONCLUSIES
24
6
AANBEVELINGEN
7
REFERENTIES
GEGEVENS
VOOR VERDER ONDERZOEK
7
25 26
KlU-TNO, werkgroep materiaal- en produktbeoordeling nr.: 660/'92.
1
10 november 1992
pagina 5
INLEIDING
Geplasticeerd PVC (PVC-P) vindt reeds sinds de vijftiger Jaren toepassing als materiaal voor waterkerende en waterscheidende
membranen. Voorbeelden
van deze toepassingen zijn de geomembranen in de civiele techniek, zoals afdichtingen in bassins, kanalen en dammen, als grondwaterscheiding,
als
afscheiding van opslagplaatsen van grondstoffen, als afscheiding van vuilstortplaatsen van huishoudelijk of industrieel afval en als abcheidingvan
tijdelijke opslagplaatsen van verontreinigde
grond,
rioleringsslib etc. Verder kent men in de civiele bouw de dakbedekkingsfolies in de utiliteits- en woningbouw. De ervaringen met deze toepassingen opgedaan zijn vOor wat betreft hun duurzaamheid in de praktijk wisselend te noemen. Afhankelijk van de omstandigheden waaraan de PVC-P folies worden blootgesteld kan de mate van veroudering van de folie aanmerkelijk uiteenlopen. De aanleiding tot het in dit rapport beschreven literatuur onderzoek is het gebruik van PVC-P folie in ondergrondse toepassingen zoals dit nog steeds plaatsvindt b.v. als grondwaterkering en in de waterbouw. Een algemene voorwaarde voor het behoud op de lange duur van de functionele eigenschappen van de folie (sterkte, rekvermogen, plooibaarheid, e.d.) is, dat een eventuele migratie van weekmaker uit de PVC matrix niet te groot mag zijn. Is dat wèl het geval, dan gaat dit gepaard met een karakteristieke
achteruitgang in flexibiliteit, met als mogelijk gevolg
het voortijdig falen van de folie. Het literatuuronderzoek
heeft als doel om inzicht te krijgen in de vraag
of voor ondergronds toe te passen PVC-P folies een re~le kans op een achteruitgang
in rekvermogen op de lange duur aanwezig is. Tevens zou het
onderzoek een idee moeten verschaffen omtrent de omvang van een dergelijke teruggang. Indien hierin vanuit de beschikbare openbare literatuur niet voldoende duidelijkheid verkregen zou kunnen worden, zal bepaald dienen te worden in hoeverre nader onderzoek noodzakelijk is om de witte vlekken in de kennis op te vullen en op welke wijze dit nader onderzoek ondernomen zou dienen te worden.
KRI-TNO, werkgroep materiaal-
en produktbeoordeling
nr.: 660/'92.
2
10 november 1992
pagina 6
METfiODlEK
fiet literatuuronderzoek
is uitgevoerd in samenwerking met het Centrum
voor Informatie en Documentatie Voor de literatuurverkenning
CID TNO.
werden een aantal van toepassing zijnde
zoektermen (of stamplen hiervan) geselecteerd,
zoals "plastici(zer)",
"losse, "PVC", "soil", "strength", "long () term", "landfill", "migrat (ion)" ," foil", "sheet", "(bio)deterior(ation)",
"Leach ",
"propert (ies)" ,
etc. Ten behoeve vaneen
eerste orientatie werden in verschillende
bestanden
korte verkennende recherches uitgevoerd om vast te stellen binnen welke databases het probleemgebied het beste zou kunnen worden verkend. Mede op grond van ervaringen met eerdere recherches op het gebied van kunststof toepassingen werd gekozen voor het raadplegen van de RAPRA Abstracts Database: deze database loopt vanaf 1972 tot heden. Daarnaast werd ter controle van de effectiviteit van het zoekprofiel een recherche uitgevoerd in de Chemical Abstracts Database vanaf 1980, en in de KKF Database (Kunststoffe Kautschuk und Fasern) vanaf 1973. Uit de zoektermen werden verschillende
zoekprofielen
samengesteld totdat
een bruikbaar aantal referenties werd verkregen. Deze selecties werden deels op titel, deels op volledige abstract uitgedraaid. Na screening van de titels werd in tweede instantie daarnaast een aantal artikelen op volledige abstract uitgedraaid. Omdat met betrekking tot uitloging en migratie van weekmakers
zeker ook
in tijdschriften inzake milieu en water van toepassing zijnde literatuur kon worden aangetroffen, werd nogmaals een keus gemaakt uit een aantal bestanden in de cluster "ENVIRON" en in de cluster "WATER". In de cluster "ENVIRON" werd gezocht op basis van de combinatie "weekgemaakt PVC"; hier bleken de Chemical Abstracts Search
en de EI
Compendex Plus qua aantal potenti~le referenties het meest geschikt voor verdere verkenning. In de cluster "WATER" werd gezocht op basis van de combinatie PVC en "leach" resp. "loss"; hier bleken opnieuw de Chemical Abstracts Search en de EI Compendex Plus het grootste aantal potenti~le referenties op te leveren. Daarnaast bleek ook de Water Resources Abstracts mogelijk interessante
informatie te bevatten, daarom werd deze database eveneens
KRI-TNO, werkgroep materiaa1- en produktbeoordeling nr.: 660/'92.
10 november 1992
pagina 7
voor nadere verkenning geselecteerd. Tenslotte werd een recherche uitgevoerd in de International Road Research Documentation database. Verwacht werd, dat hierin met name de toepassingen van PVC-P in civieltechnische
projecten gevonden zouden
kunnen worden die betrekking hebben op scheidingsmembranen
toegepast in
wegen en tunnels. In de navolgende paragraaf worden de verkregen gegevens per database samengevat.
3
VERKREGEN GEGEVENS
3.1
RAPRA Database
Het doornemen van de geselecteerde literatuurplaatsen maakt duidelijk dat voor weekgemaakt PVC de meeste ervaring op de lange duur betrekking heeft op dakbedekkingen. Een zoekprofiel, waarin de elementen langeduur, verstijving van het materiaal, sterkteverandering
en migratie van de
weekmaker werden gecombineerd, leverde de in dit gebied meest gekende en erkende literatuurplaatsen
op. Deze hadden zowel betrekking op de
beschrijving van migratiemechanismen
(Papaspyrides 1991) als op de
uitgebreide reeks publicaties van Pastuska c.s. (1983 - 1990), alsmede die van Schoepe (1986) en Götze (1983) inzake PVC dakbedekking. Een zoekprofiel met de term "leach" bleek te veel in de richting van medische toepassingen te zijn. Daarentegen leverden de termen "soil" en "ground" een referentie op met betrekking tot toepassing van PVC-P als afdichting in een metro (Poyda, 1978), en enige referenties met voornamelijk beschrijvingen van bovengrondse toepassingen (reservoirs, etc. ). Zoektermen inzake "vluchtigheid" en "verdamping" van weekmaker leverden weinig bruikbaar materiaal op. De meeste referenties hadden betrekking op toepassingen zoals voedselverpakking
of autointerieurs, of waren te
algemeen, en weinig specifiek van karakter. Eén referentie had betrekking op de hoedanigheid
en synthese van polymere weekmakers welke geschikt
zijn om in high performance toepassingen te worden ingezet (Svoboda, 1991) •
Tl!l'O-rapport
nU-TNO,
werkgroep materiaal- en produktbeoordeling 10 november 1992
nr.: 660/'92.
Combinatie van de term hlossn en mechanische
pagina 8
eigenschappen
de informatie over deze aspecten is geconcentreerd
liet zien dat
in de publicaties
over
PVC dakbedekking. Naast veranderingen
in sterkte en rekvermogen komt in
deze publikaties ook het verschijnsel
van krimp in banen als gevolg van
weekmakerverlies
3.2
aan de orde.
Chemical Abstracts Database
De zoekprof;hl1en werden hier in principe op dezelfde manier gehanteerd als aangegeven in 3.1 . Bij een nog niet te beperkt gesteld zoekprofiel kwamen er voornamelijk meer analytisch-chemisch
getinte referenties uit,
waaronder een artikel over de uitloogbare organische verbindingen membranen toegepast in drinkwaterreservoirs
in PVC
(Frensch, 1991). Verder bleek
over het onderwerp PVC membranen ook gepubliceerd te zijn in milieutijdschriften
(Burwell, 1991). Voor het overige werden veel
referenties over toepassingen in voedselverpakking,
landbouw, etc.
aangetroffen, alsmede een aantal artikelen over het mechanisme van het weekmakerverlies,
doch hoofdzakelijk
een artikel aangetroffen
in verband met voedsel. Er werd ook
(Papaspyrides 1990) waarin de migratie van
weekmaker in olie wordt beschreven, en het vertragend effect dat voorafgaande UV-bestraling van de PVC folie hierop kan hebben. In een ander artikel van deze auteur wordt ingegaan op langeduur migratiemetingen
(Papaspyrides 1989). Bij een verder toespitsen van het
profiel kwamen er geen andere referenties beschikbaar dan die reeds onder 3.1 gevonden waren.
3.3
KEF
Database
Ter controle van de effectiviteit van de zoektermen en de combinatieprofielen
werd ook een recherche uitgevoerd in deze database
die vooral in de duitstalige literatuur een volledig beeld oplevert. Bovendien werd hier gecombineerd met de term nDeponie", hetgeen een interessante
referentie opleverde (Münk 1989). Andere nuttige
literatuurplaatsen
werden echter niet meer gevonden.
!CRI-TNO, werkgroep materiaal- en produktbeoordeling 10 november 1992
nr.: 660/'92.
3.4
pagina 9
Cluster ENVIRON
Veel van dEr tot dusverre besproken referenties behandelen weliswaar verschillende toepassingsgebieden maar gaan toch in hoofdzaak over mater!aaltechnische
aspecten. Om ook de invalshoek vanuit de milieu-
gerichte ciy-iele techniek te bestrijken, met het doel om hier mogelijke referenties inzake case histories aan te treffen, werd nagegaan welke bestanden inde
ENVIRON cluster in hoofdzaak de referenties over PVC-P
bevatten. Hier bleken de Chemica I Abstract Search (vanaf 1967) en de EI Compendex Plus (vanaf 1970) veruit de beste ingang te zijn. Selectie met een toegespitst zoekprofiel in de CAS leverde echter dezelfde referenties op als eerder gevonden (Frensch 1991, Burwell 1991). Een check van een bestand in deze cluster met een kleiner aantal PVC-P referenties (Pollution Abstracts, vanaf 1970) bleek alleen referenties over toxiciteit en verontreiniging en verbrandingsprocessen)
(b.v. uitstoot van gassen bij verwerkings-
op te leveren.
De EI Compendex Plus werd bewerkt met behulp van een zoekprofiel waar met name ervaringsgevallen met PVC-P membranen uit zouden moeten komen (combinaties met "landfil1", "soi1" , "leach"). Het resultaat was echter onbevredigend; er werden respectievelijk literatuurplaatsen recycling van kunststof afval, microbiologische
gevonden over
aantasting en de
verhindering daarvan, en verder een aantal artikelen over bepaalde typen weekmaker.
3.5
Cluster WATER
Een andere mogelijkheid om milieugerichte praktijkgevallen
te kunnen
achterhalen was het bekijken van de cluster van bestanden onder het hoofd WATER. Het opvragen van het aantal PVC-P referenties met de termen "leach" en "loss" in de verschillende bestanden liet zien, dat opnieuw EI Compendex Plus en Chemical Abstracts Search de meeste titels herbergden. Het bleek echter ook zinvol om de Water Resources Abstracts (vanaf 1968) nog nader te doorzoeken.
KRI-TNO, werkgroep materiaal- en produktbeoordeling nr.: 660/'92.
10 november 1992
pagina 10
Er werd vervolgens in dit laatstgenoemde bestand gezocht met behulp van een combinatie met "liner(s)", "geomembrane" , en verder met andere eerdergenoemde zoektermen. Behalve eerder gevonden referenties
(Frensch
1991) werd nu ook een aantal relevante referenties van Amerikaanse origine (tevin 1990, Giroud 1990), en met name een aantal rapporten van het Bureau
Reclamation in Denver (Morrison 19B4) en van het EPA (Pacey
1981) gevonden. Volledigheiçishalve werd de EI Compendex. Plus nogmaals doorzocht met behulp vaneen
soortgelijke combinatie van zoektermen als hiervoor
genoemd. Behalve een aantal artikelen over membranen voor afvalstortplaatsen en reparatie technieken voor membranen werd ook een artikel gevonden over een langdurige ervaring met PVC-P membranen in betonnen buizen in een waterkrachtcentrale
(Cazzuffi 1990) en een artikel van het
Bureau of Reclamation, Denver, over langeduur ervaring met sterkte van lassen in PVC-P membranen (Morrison 1990).
3.6
l.R.R.D. Database
In dit bestand werd gezocht naar referenties over civieltechnische toepassingen waarin ervaringen over de gedragingen van PVC-P membranen als scheiding of afdichting in wegen of tunnels e.d. zouden kunnen zijn vermeld. Er werd geselecteerd met een zoekprofiel bestaande uit een combinatie van "geomembrane" , "foil", "lin(er)", "durab(ility)". "long term". Door de aard van deze database. die zowel publicaties als conferentieproceedings
en researchprojecten
bevat, bleek dit zoekprofiel
inderdaad reeds voldoende om de desbetreffende bestaande publikaties in beeld te brengen. Publikaties die specifiek betrekking hadden op het daadwerkelijk volgen van het langeduur gedrag van PVC-P membranen in deze toepassingen waren echter weer schaars. Hierover werd een publikatie aangetroffen van het Laboratoire Central des Ponts et Chaussées LCPC (Bicheron 198B). Ook werd opnieuw de publikatie van Morrison (1990) gevonden. Het merendeel van de andere referenties had betrekking op beschrijvingen van objecten, waarbij niet specifiek op de duurzaamheid van het PVC-P werd ingegaan.
KRI-TNO, werkgroep materiaal- en produktbeoordeling 10 november 1992
nr.: 660/'92.
Op grond van de mogelijkheid
pagina 11
dat recente conferenties
op het gebied van
geomembranen nog gerichte informatie zouden kunnen bevatten. werden de ons bekende desbetreffende
recente proceedings op dit aspect gecheckt.
Dit leverde nog eens twee bruikbare referenties
op (Dickinson 1989.
Fayoux 1990). Voorts bestaan er proceedings van de International Conference on Geomembranes, Denver. Colorado. 1984. Deze proceedings z~Jn momenteel niet in ons bezit. Meerdere auteurs op deze conferentie hebben echter nadien bij de conferenties van recenter datum (1989 en 1990) opnieuw hun ervaringen ingebracht.
4
INTERPR.ETATIE
De duurzaamheid van de ondergronds toe te passen PVC-P membranen is afhankelijk van de fysische en chemische eigenschappen van het materiaal in relatie tot de er mee in aanraking komende stoffen en/of (UV-)straling en de erop uitgeoefende mechanische belasting. Duurzaamheidsverwachtingen zullen in het algemeen gebaseerd moeten worden op resultaten van langdurig onderzoek en praktijkervaring.
In het navolgende zullen de
verschillende aspecten waarnaar in de literatuur onderzoek werd verricht aan de orde komen. PVc-p bevat doorgaans een gewichtspercentage
weekmaker dat zich rond de
35 w/w % be~eegt, al komen lagere en hogere concentraties ook wel voor (range 25 - 50%).
Behalve weekmaker wordt aan het basispolymeer
ook een
warmtestabilisator
systeem. chelatoren voor o.m. een goede homogenisering
en gelering, glijmiddelen, pigmenten, eventuele lichtstabilisatoren biociden toegevoegd. De aard van de weekmaker
(of van het weekmaker-
mengsel) bepaalt meerdere aspecten zoals koudebrosheid, bestandheid en microbiologische
chemische
bestandheid. De flexibiliserende werking
van weekmakers hangt samen met de mate van verenigbaarheid heid) van de weekmakers
en PVC keten. Een te grote
vermindert de flexibiliserende werking, een relatief
kleine verenigbaarheid weekmakerverlies.
(oplosbaar-
in de PVC. die in wezen wordt bepaald door de Van
der Waals interactie tussen weekmakerketens verenigbaarheid
en
geeft daarentegen weer een groter
Verder moet de verwerkbaarheid
van de weekmaker
(het
nU-TNO, werkgroep materiaal-
en produktbeoordeling 10 november 1992
nr.: 660/'92.
pagina 12
bereiken van een goed fysisch mengsel) aan hoge eisen voldoen. Dit betekent, dat er in de praktijk van de beschouwde toepassingen
altijd
sprake is van een compromis. Voor membranen en folies wordt het grootste deel vermoedelijk door diethylhexylftalaat DOP) ,gevolgd
(DERP, meestal aangeduid met dioctylftalaat
door diisononylftalaat
zijn ook zogeheten mengesters:
DINP en diisodecylftalaat
de halflineaire
DIDP. Er
9 - 11 ftalaten en de
lineaire 8 - 12 ftalaten, welke een geringe migratieneiging koudeflexibiliteit
ingenomen
en een goede
hebben.
Weekmakerverlies Weekmakerverlies
kan optreden door verdamping, migratie, uitloging,
hydrolyse, en aantasting door micro-organismen. Met betrekking tot de vluchtigheid van weekmakers -met name ftalaten- is bekend, dat deze afhangt van hun chemische structuur. Weekmakers
die
korte alkyl-ketens bevatten bezitten ook de hoogste vluchtigheid. liggen diisobutylftalaaten
diisooctylftalaat
qua vluchtigheid
Zo
een factor
vier uit elkaar. Verder blijken de weekmakers met vertakte alkyl-ketens ongeveer een faktor twee vluchtiger te zijn dan die met onvertakte ketens. Het blijkt dat de lengte van de alkyl-ketens toch bij voorkeur tenminste 8 tot 10 koolstofatomen
lang moet zijn (8 - 8 , 8 - 10, of 10 -
10). Het mechanisme kan worden beschreven door een relatie van de vorm K. (Dt/d2 waarbij ~
)~
de hoeveelheid afgegeven weekmaker en ~
de oorspronkelijke
hoeveelheid weekmaker aangeeft. K is een constante, D is de (concentratieonafhankelijke)
diffusiecoefficient,
d is de dikte van het materiaal
en t is de tijd. Deze relatie geldt met name voor het begin van het proces (Papaspyrides 1991, 1990, 1989; Pastuska 1983). De beoordeling en onderlinge vergelijking van de migratieneiging
van weekmakers door middel
van tests bij verhoogde temperatuur maakt van deze relatie gebruik. De relatie geeft ook de praktijkervaring
aan, dat dunne folies relatief
TlO-rapport
KlU-TNO, werkgroep materiaal- en produktbeoordeling 10 november 1992
nr.: 660/'92.
pagina 13
sneller weekmaker zullen verliezen dan dikkere folies (Pastuska 1983). Weekmakerverlies
door migratie kan optreden indien een voldoende nauw
kontakt met enigerlei ander materiaal in de omgeving van de PVC folie bestaat. Zo is bekend dat bij PVC-P dakbanen aanzienlijk weekmakerverlies kan optreden indien er rechtstreeks kontakt is met isolatielagen
uit
geschuimd polystyreen. Om deze reden wordt in een dergelijk geval altijd gebruik gemaakt van een effectieve scheidingslaag.
Een soortgelijke
interactie is bekend met bitumen (Pastuska 1983). Ook hier geldt weer de hierv66r aangegeven wetmatigheid
van de alkyl ketenlengte
evenwel dat de vertakte-keten-weekmakers vertonen dan de lineaire-keten-weekmakers
; het blijkt
nu wat minder migratieneiging (ongeveer een faktor twee).
Het mechanisme van migratie kan benaderd worden als het verdampen resp. verdwijnen van weekmaker vanaf het oppervlak van de folie. De wetmatigheid volgens welke overdracht van weekmaker naar het kontaktmateriaal
plaatsvindt verloopt daarom eveneens volgens de
diffusiewetten van Fick, waarvan de bovenstaande formule een bijzondere oplossing is voor betrekkelijk korte looptijden. Voor langere looptijden is een numerieke benadering nodig om op basis van de hoeveelheid gemigreerde weekmakers versus It tot een goede vergelijking van de migratieneiging
van de verschillende weekmakers te komen (Park 1979,
Pospisil 1983, Taverdet 1984). Verder blijkt het weekmakerverlies membranen een temperatuurafhankelijkheid
uit PVC
te volgen die beschreven kan
worden door een Arrhenius-relatie W
==
A exp
waarbij W het gewichtsverlies
(bT)
is, A een constante welke bepaald wordt
door de dikte van de folie en de tijd, T de absolute temperatuur, en b de helling van de In W versus In T lijn (Burwell 1991). Voor de ordegrootte van het migratieverschijnsel
is het belangrijk met
welk substraat de PVc-p folie in kontakt komt. Zo is met name voor dakbedekkingen
bekend, dat in de eerste decennia van toepassing de met
grind geballaste banen een naar verhouding beduidend slechter langeduur gedrag vertoonden dan de niet-geballaste hebben over dit probleem gepubliceerd
banen. Verschillende
auteurs
(Götze 1983, Schoepe 1986, Pastuska
mo-rapport
KRI-TNO, werkgroep materiaal- en produktbeoordeling nr.: 660
I' 92.
10 november 1992
pagina 14
1988). Grin4ballast wordt aangebracht als fixatie van de dakbedekking
en
heeft als bijkomend voordeel dat inwerking van UV-straling uit het zonlicht, die tot toename van de stijfheid en vermindering van het rekvermogenaanleiding
kan geven (Dunn 1970, 'Williams 1983, 'Wirth 1977),
praktisch geheel wordt verhinderd. Deze manier van afwerking heeft echter ook nadelen. Behalve de hiervoor reeds aangegeven factoren die tot weekmakerverlies
kunnen bijdragen is namelijk gebleken, dat deze
grindballasthet
vocht op de PVC-P folie vasthoudt, terwijl er verder
accumulatie van organischmoddermateriaal Het is nu gebleken dat dit modderwater
tussen·het grind optreedt. in staat is om binnen enkele jaren
een aanmerkelijke reductie in weekmakergehalte
te bewerkstelligen
(b.v.
een teruggang van 37 ww/w % naar 30 wlw % in 6 jaar). In het organisch moddermateriaal werd de weekmaker teruggevonden. Als gevolg van dit weekmakerverlies
werd een duidelijke verstramming van het materiaal
geconstateerd. Dit modd~rsubstraat micro-organismen,
bevorderde verder de invloed van
die weekmakers als voedingsbodem hadden. Dakbanen die
vrij verlegd waren vertoonden deze verschijnselen
niet (Pastuska 1988).
Deze fenomenen zijn ons inziens ook van betekenis bij het afschatten van de processen zoals die bij ondergronds toe te passen PVC-P folies zouden kunnen optreden. 'Weekmakerverlies door uitloging door water op zich blijkt overigens, behoudens het bovenstaande, in de praktijk geen uitgesproken
risico te
vormen. Meerdere auteurs komen tot de slotsom dat dit in de praktijk wel meevalt (Burwell 1991). Ook uit publicaties betreffende drinkwaterkwaliteit blijkt dit (Frensch 1991). Alleen indien gebruik gemaakt wordt van detergentia in het water kan de extraheerbaarheid
van weekmakers
groter worden. omdat weekmakers estergroepen bevatten kunnen deze in principe hydrolyseren.
Daar is echter wel een uitgesproken zuur of alkalisch
milieu voor nodig, terwijl de hydrolyse verder alleen significant kan gaan verlopen wanneer er sprake is van verhoogde temperaturen ordegrootte
70 - 80°C,
omstandigheden
(b.v.
Pastuska 1983). Uit de hiervoor noodzakelijke
(pH <2 resp. pH >12, temperatuur en tijdsduur) valt op te
maken dat bij de huidige in toepassing zijnde PVC-P folies dit risico als
KlU-TNO, werkgroep materiaal-
en produktbeoordeling 10 november 1992
nr.: 660/'9a.
pagina 15
klein kan worden aangemerkt. Met verlies van weekmaker door aantasting door micro-organismen
blijkt in
de praktijk rekening gehouden te moeten worden al naar gelang de aard van de toepassiJ3,g.Voor dakbanen, dekaed.Len e.d. is toevoeging van een biocide dii,Wijls noodzakelijk
om plaatselijke aantastingen
verstramming
op de lange duur tegen te gaan. Het blijkt dat hoewel weekmakers
over het
algemeen zear slecht c.q. niet merkbaar in water oplossen, deze verbinding~nwel
naar het oppervlak van de folie kunnen diffunderen en
daar op de scheiding van PVC en water de microorganismenals voeding sbodètn kunnen dienen. In de praktijk werden namelijk moeilijkheden ondervondenmetmicrobiêle
afzettingen op drinkwaterbassins
van PVC-P
(Frensch 1991). Uit dit alles blijkt dat de chemische hoedanigheid van de weekmaker een zeer bepalende rol speelt bij de gedragingen van de PVC-P folie. Daarbij moet nog bedacht worden dat in vele gevallen gebruik gemaakt wordt van een mengsel Van twee of meer typen weekmaker, verwerkbaarheid,
een goed pakket mechanische
teneinde zowel een goede eigenschappen alsook een
goed langeduur gedrag te verkrijgen. Met betrekking tot dit laatste aspect heeft men onderkend, dat de mate van migratie in belangrijke mate kan afnemen indien men zogeheten polymere weekmakers
toepast. Met name
voor meer kritische toepassingen waar men op het punt van migratie, vluchtigheid,
uitloogbaarheid
door vloeistoffen
en weerbestandheid
een
beter gedrag essentieel acht, kan op deze mogelijkheid worden teruggevallen.
Deze weekmakers worden gesynthetiseerd
door polymerisatie
van een mengsel met de juiste verhouding dibasische carbonzuren, glycol en monofunctionele
carbonzuren totdat een bepaalde viscositeit
is bereikt
(Svoboda 1991). Een nadeel is echter dat de polymere weekmakers bij lagere temperaturen
(d.i. < O°C) het PVC-P een slechter mechanisch gedrag
geven dan de ftalaten. Derhalve moet per toepassing worden bekeken of dit risico kan worden geaccepteerd.
TNO-rapport
KlU-TNO, werkgroep materiaal- en produktbeoordeling nr.: 660/'92.
10 november 1992
pagina 16
Mechanische •• eigenschappen Elke PVC-Pfolie
vertoont op de lange duur enig weekmakerverlies.
Dat is
een normale zaak en is acceptabel voorzover dit verlies binnen zekere grenzen blijft. Zo is een teruggang van een weekmakergehalte van een dakbedekkingsfolie
van 35 w/w %
met zo'n 0,3 w/w % per jaar over een periode
van 10 jaar
De mechanische
consequen;ties van een dergelijke teruggang in weekmakergehalte
komen tot
uitdrukking in vervormingen, w.o. irreversibele verkorting en krimp van de dakbanen (Göt.ze1983) welke plaatselijk tot boven de 10 % kunnen oplopen. Hiermee kan plooiing en scheurvorming gepaard gaan. De dimensieveranderingen
zijn trouwens niet uitsluitend aan weekmakerverlies
toe te schrijven doch komen ook voor een belangrijk deel voort uit het vrijkomen van ingevroren spanningen in de folie, die daarin aanwezig zijn als gevolg van de orientatie van het materiaal tijdens de produktie, b.v. door het kalanderen. Indien het inwendig spannings-niveau
te hoog ligt
krijgt de folie bij verhoging van de omgevings-temperatuur
geen
gelegenheid om deze spanningen door relaxatie kwijt te raken zonder dat er beduidende deformaties optreden. Ook de bevestiging c.q. de installatie van de folie speelt hier een belangrijke rol. Bij goede produktie van de PVC-P folie mag er in de praktijk geen grotere blijvende krimp optreden dan ca. 1 % . Dit betekent dat deze folies, indien zij onderworpen worden aan een krimpproef bij b.v. 80°C
gedurende 6 uur, na
afloop hiervan geen grotere blijvende krimp dan 3 % mogen laten zien. Indien hetspanningsniveau
hoger ligt is de kans op lostrekken van de
folie uit opsluitingen en boeiboorden groot; dit schadebeeld is in de loop van de afgelopen vier decennia ook steeds gesignaleerd
(Götze 1983).
Ook andere auteurs gaan op de achtergronden van de optredende krimpkrachten in (Pastuska 1984(2), 1987 (2».
Indien het weekmakerverlies
voldoende groot is (> 10 w/wl %) veranderen de mechanische
eigenschappen
van de PVC-P folie aanmerkelijk. Er is sprake van een netto volumevermindering
en dikte afname, en er treedt krimp op. De folie wordt
stijver (de E-modulus bij kleine rekken wordt aanmerkelijk groter), het
KlU-TNO, werkgroep materiaalnr ,»
en produktbeoordeling 10 november
660/' 9Z.
pagina 17
1992
materiaal verhardt en de zogenaamde koudebrostemperatuur laatste wil zeggen dat het materiaal zijn plooibaarheid temperaturen (karakteristiek
voor PVC-P) gaat verliezen.
stijgt. Dit bij lagere Een belangrijk
detail is ook dat de relaxatietijd voor het kwijtraken van inwendige spanningen door het weekmakerverlies
langer wordt.
In het geval van geballaste dakbanen
(dikte ca. 1 mm) betekent dit, dat
als gevolgV'an daling van de temperatuur in de winter de banen, die een week:maker-verlies hebben opgelopen van 35 naar cirCa 25 %, reeds door afkoeling tot 0 °C door de hierdoor optredende thermische krimp aan aanmerkelijke trekkrachten worden blootgesteld.
Deze krachten kunnen een
tijdlang pet1llanentwerkzaam zijn. Hiervoor worden waarden genoemd in de orde van 1500 Nim. Door de aanmerkelijk verlengde relaxatietijd verstijfde folie nemen deze krachten nauwelijks 1984(2),
van de
of niet meer af (Pastuska
19,'(2}).
In dit opzicht zijn de vrij verlegde dakbanen ook weer in het voordeel omdat deze door natuurlijke verwarming
(instraling door de zon)
gelegenheid krijgen om te relaxeren. Bij met grind geballaste
folies is
het allerminst zeker dat voldoende hoge temperaturen worden bereikt. In de diverse onderzoeken zijn vele experimenten veandering van de mechanische
eigenschappen gewijd. Om hier enig idee te
geven van de optredende verandering gevolg van weekmakerverlies
aan het meten van de
in mechanische
eigenschappen
als
(door welke combinatie van oorzaken dan ook)
kunnen de volgende richtcijfers dienen. Hierbij is gebruik gemaakt van metingen aan PVC-P dakbanen van 1.1 mm dikte (Schoepe 1986). Zoals eerder gesteld bewegen de gewichtspercentages dakbaanformuleringen
weekmaker
in PVC-P
zich als regel rond de 35 wlw %. Problemen ontstaan
indien er week:makerverlies optreedt dat een 30 procent van dit gehalte overschrijdt. Het effect van de verstijving van het materiaal treedt het duidelijkst naar voren in de verandering I). De beginwaarde
(1 - 2
ligt meestal in de orde van 15 - 25 N/mm2 doch stijgt
door weekmakerverlies in herinnering
in E-modulus bij kleine deformaties
tot waarden boven 100 N/mm2•
geroepen dat onder gelijkblijvende
Hierbij wordt nog eens gebruiksomstandigheden
het grotere verlies aan weekmaker bij dunnere folies nog tot veel
KRI-TNO, werkgroep materiaal- en produktbeoordeling 10 november 1992
nr.: 660/'92.
pagina 18
drastischer stijgingen in de stramheid aanleiding kan geven. Pastuska vermeldt E-modulus waarden bij kleine rek die na 10 jaar oplopen tot 600 N/mm2 1 (Pastuska 1987 (1». In dit opzicht is de verandering
in breuksterkte
bij trekproeven veel
minder spectaculair: de beginwaarde ligt in de orde 18 N/mm2 en neemt toe met ca. 10à
20 %. De breukrek neemt daarentegen weer duidelijker
beginniveauvan
af: het
ca. 300 % daalt naar een niveau van ca. 200 % . Bij het
beoordelen van deze veranderingen
dient echter bedacht te worden dat
langeduur schadebeelden in PVC-P membranen klaarblijkelijk
bij veel
kleinere deformaties ontstaan dan de breukrek. 'Weliswaar zegt de verandering in breukrek iets over het verlies aan plasticiteit van het materiaal maar de absolute waarde is niet zonder meer in verband te brengen met·de langeduur breukrek. om deze reden wordt in constructies een op de lange duur toe te laten (biaxiale) grensrek aangehouden van 10 % .
Bij PVC-P wordt het temperatuurtraject
van de glasovergang van de PVC
matrix als gevolg van het inmengen van weekmakers drastisch verlaagd de orde 75 - 80°C
(van
naar minus 55 - 50 °C). Hieraan ontleent het materiaal
zijn goede plooibaarheid en soepelheid, ook bij lagere temperaturen. Dit vermogen gaat echter voor een belangrijk deel weer verloren indien er sprake is van overmatig weekmakerverlies.
Meestal wordt als maat voor dit
effect gekeken naar de temperatuur waarbij het materiaal nog zonder schade kan worden dubbelgevouwen. van minus 50 tot 40°C
Het blijkt dat deze temperatuur stijgt
naar minus 10 tot 0 °c.
Langeduur veranderingen In het voorgaande zlJn de oorzaken en processen geschetst van een eventueel te verwachten weekmakerverlies
op de langeduur en het
bijbehorende verlies aan mechanische eigenschappen en functionele gebruikswaarde.
Met betrekking tot ondergronds toe te passen PVC-P folies
zijn meerdere aspecten, alhoewel in hoofdzaak geconstateerd bij dakbedekkingsfolies,
van analoog belang voor de beantwoording van vragen
inzake het te verwachten langeduurgedrag.
Kal-TNO, werkgroep materiaal- en produktbeoordeling nr.: 660
I ' 92 •
10 november 1992
Globaal gesproken is binnen de randvoorwaarden
pagina 19
van de ondergronds
toe te
passen folies het verlies van weekmaker naar de lucht als een relatief ondergeschikt risico in te schatten. Van de meeste weekmakertypen
zijn
deze gegevens in enigerlei vorm bekend zodat men een zodanige keus kan maken dat dit risico tot een voor de toepassing acceptabel niveau wordt gereduceerd. Ook de afgifte aan water is op zich genomen een effect dat door meerdere auteurs als relatief klein wordt betiteld. Bovendien blijkt de neiging tot weekmakermigratie
in de loop der jaren af te nemen indien
er sprake is van vrije expositie aan de invloeden van weer en wind. Er blijken veranderingen
in de oppervlè:l.ktestructuurvan de verweerde PVC-P
folie op te treden die de migratie afremmen (Pastuska 1990). Dit wijst in dezelfde richting als de bevinding dat een UV-bestralingsbehande1ing mate van permeatie van bepaalde koolwaterstoffen
de
door het PVC-P membraan
kan reduceren (Papaspyrides 1990). De situatie verandert echter indien water in combinatie met organisch materiaal met het PVC-P in kontakt komt. De geschetste situatie bij dakbanen, waarbij dit substraat als een "absorbens" voor meerdere weekmakers optreedt, zou zonder meer overdraagbaar kunnen zijn naar een dergelijke interactie op het grensvlak van een organisch materiaal voerende drainagelaag en het PVC-P membraan in de onderafscherming
van
een stortplaats of opslagplaats, of op het grensvlak van een PVC-P membraan en een humusrijke ondergrond. Bevat het water organische stoffen dan is ook de permeabiliteit
van het
membraan voor deze stoffen een aandachtspunt geworden. Intussen noopt echter het ontbreken van gedetailleerde hoedanigheid
data over de
en samenstelling van de PVC-P membranen in de hier
beschouwde ondergrondse toepassingen in de civiele techniek tot voorbehoud bij het trekken van conclusies in zowel positieve als negatieve zin. Het vaststellen van een mogelijke bedreiging voor het langdurig functioneren van een scheidingsmembraan
zoals hiervoor
geschetst zou dan toch tenminste ook in de praktijkervaring weerspiegeld moeten worden.
De in deze literatuurrecherche
gevonden bronnen die hier specifieke
nI-TNO,
werkgroep materiaal- en produktbeoordeling
nr.; 660/'92.
10 november 1992
pagina 20
informatie over verschaffen zijn echter schaars. De meeste ervaring met langdurige ondergrondse
PVC-P folie-toepassingen
is te vinden in de USA. In een publikatie van 1990 wordt bericht over ervaringen met een PVC-P bovenafscherming
van een stortplaats die er
overigens nog maar 5 jaar lag. Ondanks deze relatief korte tijd werd er ten opzichte van het oorspronkelijke
materiaal
een zeker weekmakerverlies
geconstateerd. Een vergelijking wordt getrokken met soortgelijk PVC-P dat voor bekleding van kanalen werd gebruikt, nu reeds gedurende 18 resp. 19 jaar. In het laatste geval vertoonde de PVC-P een significant weekmakerverlies
en bleek het rekvermogen met meer dan 60 % te zijn
afgenomen (Levin 1990). Veel van delEe soort toepassingen worden gevolgd door het Bureau of lteclamationin
Denver, Colorado. In een publikatie van dit bureau wordt
gerapporteerd over 0.25 mm dikke PVC-P liners voor irrigatiekanalen
welke
over een periode varierend van 1 tot 19 jaar in gebruik waren (Morrison 1984). Er wordt melding gemaakt van de wenselijkheid
om met dikkere
membranen te werken (0.5 mm) omdat hiervan een langere levensduur van verwacht zou mogen worden en omdat problemen bij de installatie minder zouden kunnen zijn. Ook hier wordt aangegeven dat de lining met de tijd merkbaar stijver is geworden als gevolg van weekmakerverlies. wordt een teruggang in rekvermogen vastgesteld
Algemeen
en een toename in de
modulus van 100 %, alsmede een afname in weerstand tegen stootschade bij lagere temperaturen. Volgens deze auteur verouderen in de beschouwde gevallen de folies met een hoger weekmakergehalte
het minst, evenals de
gedeelten die geheel onder water zitten. Ook de ondergrond is belangrijk; gladde ondergronden gaven minder veroudering
(door slijtage) dan ruwe
ondergronden. Dit soort langeduuronderzoeken
vindt nog steeds voortgang, ook op het
gebied van stortplaatsen voor stedelijk vast afval. Daarbij wordt gekeken naar de invloeden van percolaat en ontledingsprodukten de stortplaatsen
gebruikte membranen
uit afval op de in
(Pacey 1981). In deze publicatie
werd de opzet van het onderzoek gemeld, maar nog geen resultaten. Andere auteurs maken melding van ervaringen met irreversibele krimp van PVC-P membranen
in de praktijk en geven aan dat hier waarden tussen de
KRI-TNO. werkgroep materiaal- en produktbeoordeling nr ,»
10 november 1992
660/·92.
pagina 21
0.5 en 2 % optreden. kennelijk onder redelijk "normale" praktijkomstandigheden bij een landfill application
(Giroud 1990).
Een specifieke toepassing betreft het gebruik van een PVC-P membraan als inteme
lining van een betonnen pijpsysteem in een waterkrachtcentrale
Deze lining
.
reeds sinds 24 jaar in bedrijf (Cazzuffi 1990). Het
betreft hier een geomembraan dat rechtstreeks op een betonnen dragende ondergrond is verlijmd. De heersende temperatuur varieert tussen de 4 en 9 °C. Tussentijds zijn steeds materiaalmonsters
genomen (in 1973 en
1987). Er blijkt enige verandering in het materiaal op te treden. getuige de stijging van het met behulp van thermomechanische gemeten verwekingspunt glijdingsmodulus
(van 27° naar 34°C).
analyse (TMA)
terwijl ook de
een stijging vertoont. De lining functioneert
echter nog
naar behoren. Een tweede publikatie van het Bureau of Reclamation gaat over het langeduur gedrag van lassen in de PVC-P lining van irrigatiekanalen.
De
afschuif sterkte en afpelsterkte van de lassen blijken na 20 jaar nog uitstekend te zijn (Morrison 1990). Van dezelfde auteur is een uitspraak tijdens een discussie op de International Conference on Geotextiles. Geomembranes and Related Products 1990, waarin hij aangeeft dat er in de USA reeds in 1959 werd begonnen met linings van 0.25 mm dik. Sinds 1980 is men over op een dikte van 0.5 mmo Op grond van zijn ervaring schat hij de levensduur voor een 0.25 mm lining op 25 jaar en die van een 0.5 mm lining op 35 jaar (Fayoux 1990 (2». In de publikatie die de aanleiding vormde tot de hiervoorbedoelde discussie wordt een inventarisatie gegeven inzake alle faktoren die voor het langeduur gedrag van PVC-P van belang zijn. Uit de resultaten komt naar voren dat weekmakerverlies
als gevolg van de inwerking van water ook
op de lange duur beperkt van omvang blijft, mits de receptuur hierop is afgestemdjdit
geldt ook voor het verlies door verdamping. Met betrekking
tot de invloed van veroudering in PVC-P membranen op het functioneel gedrag wordt gesteld. dat voor het behoud van de waterdichtheid dakbedekkingen
in de praktijk een weekmakergehalte
van
van oorspronkelijk
35
KRI-TNO~ werkgroep materiaal- en produktbeoordeling nr.: 660j'9Z.
w/w%
10 november 1992
pagina 22
op de lange duur niet beneden 28 w/w % mag zakken. Voor reservoirs
e.d. in gematigde klimaatzones
is deze auteur van mening dat de
langeduurgrells bij 23 w/w % gelegd moet worden. Hij geeft verder aan dat de duurzaamheid van het membraan een rechtevenredig
verband heeft met de
dikte. Voor een 1 mIn dik membraan wordt de duurzaamheid
berekend op meer
dan 16 - 19 jaar (Fayoux: 1990 (1». Met betrekking tet de chemische bestandheid wordt algemeen in de literatuur liangegeven dat PVC-P compounds zodanig kunnen worden samengesteld dat zij resistent zijn tegen zouten van lagere organische zuren en tegen anorganische verbindingen, mits deze niet sterk zuur of basisch reageren of oxyderend zijn. Van organische verbindingen dat PVC-Pgevoelig
is bekend
is voor met name de aromatische koolwaterstoffen;
tevens tasten enkele typen gehalogeneerde
koolwaterstoffen
en bepaalde
ketonen het materiaal sterk aan. In het algemeen moet worden gesteld dat de permeatie van organische stoffen door PVC-P aanmerkelijk hoger ligt dan bij b.v. HDPE. Daarentegen is de permeatie van anorganische verbindingen naar verwachting weer zeer gering. In geval van twijfel zullen altijd nadere compatibiliteitstests
nodig zijn.
Een onderzoek ter plaatse naar de gedragingen van PVC-P membranen in civiele werken wordt beschreven in een publicatie van het LCPC te Parijs (Bicheron 1988). Het gedrag bij langdurig functioneren als afdichting en de lasverbindingen
hierin vormen het onderwerp van dit artikel. Er wordt
gesteld dat PVC-P het meest toegepaste type materiaal is voor ondergrondse werken in Frankrijk, zoals bijvoorbeeld bij metro-tunnels. Met name de mogelijkheid onder moeilijke
tot het verkrijgen van goede lasverbindingen
omstandigheden wordt als een voordeel van dit materiaal
gezien. Ook hier wordt echter gewezen op het risico dat er in meerdere of mindere mate weekmakerverlies
kan optreden. Om vooraf een betrouwbare
indicatie te hebben van de te verwachten duurzaamheid van het materiaal zijn er onderzoeken gedaan die enerzijds betrekking hadden op bewaartests aan materiaal en lasverbindingen in daarvoor met de toepassing corresponderende. speciaal uitgeruste opstellingen, en daarnaast door middel van versnelde
tests.
nI-TNO.
werkgroep materiaal-
en produktbeoordeling 10 november 1992
nr.: 660/'92.
Tenslotte is er een overzichtspublicatie
pagina 23
van een Amerikaans
het gebied van industriêle en milieutoepassingen
bedrijf op
van kunststof liners.
Hierin wordt gesteld dat PVC-P liners de langste geschiedenis de Verenigtie Staten en dat andere membraanmaterialen
hebben in
daartegen dienen te
worden afgemeten (Dickinson 1989). In de publikatie worden ruim tien praktijkge'~allen beschreven waarin PVC-P membranen zijn toegepast. varierendin
dikte van 0.7 mm tot 1.0 nnn,veelal in samengestelde
constructies. Over het algemeen betreft het stortplaatsen van zeer grote afmetingen waarvan de oudste in 1969/1970 is ingericht. De auteur stelt dat alle liners inde
genoemde toepassingen hun functie
tot dusverre goed vervullen. zonder incidenten. Hij stelt evenwel ook dat het in de/praktijk. nadat de installatie is voltooid. erg moeilijk is om monsters te trekken uit het membraan. omdat de beheerders ongaarne zien dat de constructie als gevolg van de monsterneming
gebreken zou kunnen
gaan vertonen. Aan de andere kant is er van de kant van de onderzoekers aarzeling· omdat men niet graag een schadeaansprakelijkheid
riskeert voor
het verkrijgen van een paar monsters. De feitelijke kwantitatieve achteruitgang blijft dus vooralsnog onbekend. Daarom refereert deze auteur ook weer aan het werk van Morrison bij het Bureau of Reclamation waarbij resultaten van onderzoek aan inmiddels 26 jaar oude liners in het vooruitzicht worden gesteld. Hij wijst erop dat in al die jaren dat het Bureau deze onderzoeken verricht. zelfs de slechtere PVC-P folies geen groter weekmakerverlies oorspronkelijk
blijken te hebben bereikt dan 50 % van het
gehalte I Dit lijkt ons echter. om redenen die hiervoor
uiteengezet zijn. geen steekhoudend argument voor een te verwachten duurzaam functioneren. Uit overzichtsartikelen afdichtingsmembranen
op het gebied van toepassing van kunststof
voor deponieên is de tendens naar andere materialen
dan PVC-P duidelijk bespeurbaar. De indruk bestaat overigens dat dit niet zozeer gebeurt op basis van beschikbare kennis op het gebied van het feitelijk fu..."lctioneel gedrag van PVC-P membranen in deze toepassingen, maar dat vergelijking van eigenschappen
(permeatie voor percolaat.
zwelling. algemeen chemisch resistentiebeeld)
die als belangrijk vOOr het
duurzaam functioneren kunnen worden aangemerkt. betere alternatieven in beeld hebben gebracht. zoals LDFE en HDPE (M'tink1989, Knipschild 1986, Ba:x:o1985).
KRI-TNO, werkgroep materiaal- en produktbeoordeling
nr.: 660/'92.
5
10 november 1992
pagina 24
CONCLUSIE
In functioneel opzicht blijken PVC-P membranen in ondergrondse toepassing~n, voorzover er over feitelijke ervaringen is gepubliceerd, tot dusverre geen aanleiding te geven tot aanwijsbare problemen. Anderzijds bestaat er weinig of geen inzicht in de kwantitatieve
marge
die het duurzaam functioneren van PVC-P in dit soort toepassingen
zou
moeten veiligstellen.
Bij het beoordelen van de resultaten die deze
literatuurverkenning
heeft opgeleverd dient bedacht te worden dat de
neiging ontte publiceren over geslaagde toepassingen toch wat groter is dan om teptibliceren over mislukkingen. Voor het overige is duidelijk dat de feitelijk gebruikte samenstelling van het PVC-P compound doorslaggevend
is voor het langeduurgedrag,
en het
is bekend dat hierbij vaak moet worden gezocht naar een zo goed mogelijk compromis (eisen van flexibiliteit,
dikte, verwerkbaarheid
van het
compound, prestatie/prijs verhouding van toevoegingen, voorschriften e.d.).
Het staat in ieder geval vast dat de hiervoor geschetste veranderingen de PVC-P folie altijd in meerdere of mindere mate zullen optreden, afhankelijk van de hoedanigheid van de folie. De ervaring reikt op dit moment nog niet verder dan twee decennia, zodat er in feite geen zicht bestaat op wat men over een termijn van 30 - 50 jaar van deze toepassingen mag verwachten. Een andere onzekerheid is, in hoeverre het weekmakergehalte praktijktoepassing
in de
mag teruggaan alvorens er problemen te verwachten
zijn. Uit de in de literatuur gevonden gegevens blijkt dat de door ons aangegeven grens van maximaal 10 w/w % absolute teruggang in weekmakergehalte
als een goed criterium mag worden gezien.
Uitgaande van dit criterium zou een conditiebewaking
van afdichtingen
denkbaar zijn waarbij speciaal voor dit doel aangebrachte monsters op gezette tijden uit de constructie zouden kunnen worden verzameld, uiteraard zonder dat de functionaliteit van de membraanconstructie hierdoor wordt aangetast.
in
KlU-TNO, W'erkgroep materiaal-
en produktbeoordeling
nr.: 660/'92.
6
10 november 1992
AANBEVELINGEN
pagina 25
VOOR VERDER ONDERZOEK
Uit de conclusies blijkt, dat er weinig inzicht bestaat ten aanzien van deordegrootte
van de veranderingen
in de PVC-P folie die altijd in
meerdere of mindere mate zullen optreden. Aangenomen moet worden dat deze veranderingen nog in sterke mate zullen kunnen worden belnvloed door de omstandigheden ter plaatse, en met name door de grondgesteldheid
in zijn
wisselwerking met het PVC-P membraan. Om hierin meer zekerheid te krijgen verdient het ons inziens aanbeveling om hiernaar verder onderzoek te verrichten, b.v. door 1.
Opgraafproeven, waarbij aan praktijkmonsters de marge in teruggang van het weekmakergehalte Bierbijdient
daadwerkelijk wordt bepaald.
tevens de hiermee verbonden teruggang in
mechanische sterkte te worden vastgesteld. Een belangrijk aspect bij deze praktijkproeven
is de koppeling, die gelegd dient te
worden tussen de gedragingen van het PVC-P en de typering van de directe omgeving van het membraan, n.l. de hoedanigheid van de bodem (h~us)
en het contact tussen het PVC-P en het water/bodem
mengsel. 2.
Migratieproeven
(eventueel versneld) op laboratoriumschaal,
met
nog nader te kiezen c.q. samen te stellen media, als functie van de temperatuur. Koppeling van het optredende weekmakerverlies aan de verandering in mechanische eigenschappen.
Kal-TNO. werkgroep materiaal- en produktbeoorde1ing nr.: 660'·92.
7
10 november 1992
pagina 26
REFERENTIES Bieheron G., J-P Benneton, J-M Bergue (1988). Comportement immersion des feuilles d'étanchéité soudures , Bull. Liaison Lab. Ponts
en
en PVC plastifié et de leurs &
Chaus s . Paris France 155
(5-6), 1988, p. 5 - 8 Burwell D. (1991). Evaluating plasticizer 108S in PVC membranes, Poll. Engng. 23 (2), 1991, p , 56 - 58 Cazuffi D.A., S. Venesia (1990). Use of thermal analysis for the evaluation of the durability of a 24-year-old PVC geomembrane, Proc. ASTM Symp. on Microstructure
and the Perfomance of
Geosynthetics, Orlando FL, January 27, 1989. A8TM special Technical Publication STP 1076, Philadelphia, PA, 1990, p. 17 25
Dickinson R.B. (1989). PVC and CPE, selection, use and durability as liner materials and how they differ from other liner materiais; an engineer's perspective, in : "Durability and Aging of Geosynthetics" , Proc. 2nd GRl Seminar, Drexel University, Philadelphia PA, December 8 - 9, 1988, Elsevier Publ. Cy., 1989 Dunn P., D. Oldfield, R.B. Stacewicz (1970). Weathering of Plasticized Poly(vinylchloride),
J. Appl. Polym. Sci. 14 , 1970,
p. 2107 -2116 Fayoux D. (1990(1».
Durability of PVC geomembranes and
resistance to mechanical punc t urLng , 4th Int. ConL
on Geotext.
Geomembr. & Related Prod., 1990, Vol. 2, p . 561 - 565 Fayoux D. (1990(2».
Durability of PVC geomembranes and
resistance to mechanical puncturing, 4th Int. Conf. on Geotext. Geomembr. & Related Prod ,, 1990, Vol. 3, p . 1107
Kal-TNO, werkgroep materiaa1- en produktbeoordeling nr.: 660/'92.
10 november 1992
pagina 27
Frensch K., D. Schoenen, H.F. Schöler (1991). ldentifizierung extrahierbarer organischer Bestandteile von PVC-Fo1ien fUr Ttinkwasserhehälter,
Z. Wasser Abwasser Forsch., 24 (6), 1991,
p. 294 - 299 Giroud J.P., LD.
Peggs (1990). Geomemhrane Construction
Quality
Assurance, in : "Waste Containment Systems: Construction, Regulation and Performance". Geotechnical Special Puhlication No. 26, Am. Soc. of Civil Engngs, New York, 1990, p. 190 - 225 G5tze H. (1983). Schrumpf von Dachhahnen und deren Ursachen, Kunststoffe im Bau, 18 (2), 1983, p. 73 - 75 Haxo Jr. H.E. (1985). Polymerie Membrane Lining Materials for Waste Management Applications, Kautsch. Gummi Kunstst. 38 (6), 1985, p. 485 - 493 Knipschild F.W. (1986). Deponie-Abdichtungen Dichtungshahnen.
mit Kunststoff-
Stand der Technik und Entwicklungen,
Kunststoffe 76 (1), 1986, p. 86 - 92 Levin S.B., M.D. Hammond (1990). Examination of PVC in a "Top Cap" Application, in: Geosynthetic Testing for Waste Containment App1ications.
STP 1081. ASTM, Philadelphia, PA, 1990, p. 369 -
381
MUnk G., R.P. Heg ler , G. Mennig (1989). Ahdichtung von MUIIdeponien, Kunststoffe 19 (4), 1989, p. 352 - 358 Morrison W.R., J.G. Starbuck (1984). Performance of Plastic Canal Linings, Bureau of Reclamation, Denver, Colorado, Engineering and Research Center, Report REC-ERC-84-1, January 1984
KRI-TNO, werkgroep materiaal- en produk:tbeoordeling
nr.: 660/'92.
10 november 1992
pagina 28
Morrison W.R., J.J. Swihart (1990). Bureau of Reclamation kperience
with PVC seams, Geotextiles and Geomembranes 9 (4 -
6), 1990, p , 343 - 355
Pacey J.G., C.G. Brisley Jr., R.L. Dooley (1981). Field Verification of Liners: Assessment of Long-Term Exposed Liner Materials from Municipal Solid Waste Landfills; in: "Land Disposal: Municipal Solid Waste~ Proc. 7th Ann. Res. Symp., March 16-18, 1981, Philadelphia PA. (Shultz D.W., Ed.). Environmental Protection Agency Report EPA-600/9-81-002a,
March
1981, p. 163 - 169 Papaspyrides C.D., T. Duvis (1989). Plasticizer Transfer from Plasticized Poly(vinyl Chloride) Sheets to Petroleum Oils, J. App!. Polym. Sei 38, 1989, p. 1573 - 1580 Papaspyrides C.D., T. Duvis (1990). Loss of plasticizers from polymer films to liquid environments: counterdiffusion aspects versus immersion temperature and ultra-violet-induced
surface
crosslinking, Polymer 31, 1990, p. 1085 - 1091 Papaspyrides C.D. (1991). Prior sample history vs. plasticizer migration phenomena in flexible poly(vinyl chloride) sheets, J. Vinyl Techno!., 13 (2) , 1991, p , 74 - 79 ParkG.S.,
T.V. Hoang (1979). Diffusion of additives and
plastieizers in poly(vinylchloride)
- I . The 1:2 double disc
method for obtaining t.he diffusion coef f Lc Lerrt of additives in polymers, Eur. Polym. J. 15, 1979, p. 817 - 822 Pastuska G., D. Barnheim, U. Just (1183). Zum Langzeitverhalten von Bahnen aus PVC-weich. Teil 1: Zusammenhänge zwischen dem Weichmacherverlust
und der chemischen Konstitution, Kautsch.
Gunmrl Kunstst. 36 (10), 1983, p , 862 - 865
Kal-TNO, werkgroep materiaal-
en produktbeoordeling
nr.: 660/'92.
10 november
Pastuska G., D. Barnheim, U. Just (1984(1». verhalten von Bahnen aus PVC-weich. Materialveränderungen
pagina 29
1992
Zum Langzeit-
Teil 2:
als Folge der Alterung,
Kautsch.
Gummi
Kuustst. 31 (7), 1984, p. 613 - 617 Pastuska G., V. Lehmann Bahnen aus PVC-weich. Eigenschaften,
(1984(2».
Zum Langzeitverhalten
von
Teil 3: Änderung mechanischer
Kautsch. Gummi Kunstst.
37 (8), 1984, p , 703 -
705
Pastuska G. (1987(1». Seminar-Handbuch
83
Untersuchungen
"Langzeitverhalten
Das P'lachdach", Darmstadt,
an PVC-Dachbahnen, von Kunststoffen
lBK im Bau.
7-8 April 1987, p. 9/1 - 9/9
Pastuska G., V. Lehmann (1987(2».
Schrumpfkräfte
temperaturabhängige
in Weich-PVC-Dachbahnen,
Kunststoffe
Längenänderung
und
11 (11), 1987, p. 1181 - 1183
Pastuska G., W. Kerner-Gang, von PVC-P-Dachbahnen,
U. Just (1988). Langzeitverhalten
Kautsch. Gummi Kunstst. 41 (5), 1988, p.
451 - 454
Pastuska G., U. Just (1990). Weichmacherverlust freibewitterten
PVC-P-Dachbahnen,
aus langjährig
Kautsch. Gummi Kunstst. 43
(12), 1990, p. 1093 - 1094
Pospisil M., K. Kolomaznik, (1983). Migration
5. Determination
M. Pospisilova,
of plasticizers
T. Myllykoski
from PVC film into water. Part
of the parameters of the migration
process,
Int. Polym. Sci. and Techn. 10 (8), 1983, p. 56 - 59 Poyda F. (1978). PVC-weich-Bahnen Kunststoffe
dichten U-Bahn-Haltestelle
18 (11), 1918. p. 1100 - 1103
ab,
KRI-TNO, werkgroep materiaal- en produkt beoordeling
nr.: 660"92.
10 november 1992
pagina 30
Schoepe R., G. Pastuska (1986). Langzeitverhalten handelsUblicher Weich-PVC Dachbahnen unter Kiesauflast. Kunststoffe 76 (3). 1986. p. 272 - 274 Svoboda R.D. (1991). Polymerie plasticizers
for higher
performance flexible PVC applications. J. Vinyl Technol. 13 (3). 1991. p. 130 - 133 Taverdet J.L .• J.M. Vergnaud (1984). Study of Transfer Process of Liquid into and Plasticizer out of Plasticized PVC by Using Short Tests. J. Appl. Polym. Sci. 29. 1984. p. 3391 - 3400 Williams G.E •• D.L. Gerrard (1983). An Investigation of Some Aspects of the Photodegradation
of Plasticized PVC. J. Polym
Sci.: Polym. Chem. Ed •• 21. 1983, p. 1491 - 1504 Wirth H.O., H. Andreas (1977). The stabilization of PVC against heat and light. Pure & Appl. Chem. 49, 1977. p. 627 - 648
