tno-industrie - cob...van weekmaker uit pvc-p naar de omgeving plaats kan vinden. verder is nagegaan...

TNO-Industrie

Rapportnummer 660/'92

Kunststoffen enRubber Instituut TNO (KRI)Vestiging Delft

Schoemakerstraat 97, 2628 VK DelftPostbus 60312600JA Delft

Telex 38067 kri nlFax 015 - 5663 oeTelefoon 015 - 69 69 00

LITERATUURONDERZOEK INZAKE HET LANGEDUL~WEEKMAKERV'ERLIES VAN ONDERGRONDS TOE TEPASSEN PVC-P FOLIES

Auteurs Drs. J.D.M. Wisse, Ir. T.A. der Kinderen

Alle rechten voorbehouden.Niets uit deze uitgave mag wordenvermenigvuldigd enlof openbaar gemaaktdoor middel van druk, fotokopie, microfilmof op welke andere wijze dan ook, zondervoorafgaande toestemming van TNO.

Indien dit rapport in opdracht werduitgebracht, wordt voor de rechten enverplichtingen van opdrachtgever enopdrachtnemer verwezen naar de'Algemene Voorwaarden voor Onderzoeks-opdrachten aan TNO', dan wel debetreffende terzake tussen partijengesloten overeenkomst.Het ter inzage geven van het TNO-rapportaan direct belanghebbenden is toegestaan.

'~TNO

Nederlandse organisatie voortoegepast-natuurwetenschappelijk onderzoek

TNO-lndustrie doet onderzoek en verleent diensten op hetterrein van de Industriêle Technologie. Zij richt zichdaarmee op de industrie, de dienstensector en de overheid,industriële technologie omvat gebieden als toegepaste fysica,chemie, produktöntwikkeling, produktietechnoloqie,materiaalkunde, bedrijfskunde, micro-elektronica,informatica en telematica.

DatumOpdracht nr.Opdrachtgever

Ref. opdracht

ProjectleiderWerkgroep

Aantal pagina's

10 november 1992

870230276

Ministerie vanVerkeer en WaterstaatDirectoraat-GeneraalRijkswaterstaatBouwdienst RWSPostbus 200003502 LA UTRECHT

Onze offerteMP 0151/92 JTd.d. 21-04-1992;Uw opdrachtbonnummer DAXA 011d.d. 21-05-1992

Ir. T.A. der KinderenMateriaal- enprodukt beoordeling

30

Op opdrachten aan TNO zijn van toepassing de AigemeneVoorwaarden voor onderzoeksopdrachten aan TNO,zoals gedeponeerd bij de Arrondissementsrechtbanken de Kamer van Koophandel te 's-Gravenhege.

KRI-TNO, werkgroep materiaalen produktbeoordeling

nr.: 660/'92. 10 november 1992 pagina 2

SAMENVATTING

In dit rapport zijn de resultaten beschreven van een literatuuronderzoeknaar gegevens over het eventueel op de langeduur te verwachten weekmaker-verlies van ondergronds toe te passen weekgemaakt-polyvinyl (PVC-F)folies.Het rapport geeft een beschrijving van de processen volgens welke afgiftevan weekmaker uit PVC-P naar de omgeving plaats kan vinden. Verder isnagegaan met welke mate van verlies c.q. verandering van mechanischeeigenschappen rekening gehouden moet worden als gevolg van hetweekmakerverlies, en welke relevantie dit heeft voor de beschouwdetoepassingen.

Uit het onderzoek komt naar voren, dat binnen de randvoorwaarden van deondergronds toe te passen folies het verlies van weekmaker naar de luchtals een relatief ondergeschikt risico is in te schatten. Van de meesteweekmakertypen zijn deze gegevens in enigerlei vorm bekend. Op gronddaarvan kan een zodanige keus gemaakt worden dat dit risico tot een voorde toepassing acceptabel niveau wordt gereduceerd. Ook de afgifte aanwater is, op zich genomen, een effect dat door meerdere auteurs alsrelatief klein wordt betiteld.De situatie verandert echter indien water in combinatie met organischmateriaal, afkomstig uit de omgeving of de bodem, met het PVC-P inkontakt komt. Een dergelijk substraat blijkt als een ttabsorbensttvoormeerdere weekmakers te kunnen optreden. Een dergelijke interactie isbijvoorbeeld denkbaar op het grensvlak van een organisch materiaalvoerende drainagelaag en het PVC-P membraan in de onderafscherming vaneen stortplaats of opslagplaats, of op het grensvlak van een PVC-Pafdichtingen een humusrijke ondergrond.Bevat het water organische stoffen dan is ook de permeabiliteit van hetmembraan voor deze stoffen een aandachtspunt.Bij de bovengenoemde punten noopt echter het ontbreken van gedetailleerdedata over de hoedanigheid en samenstelling van de PVC-P membranen in dehier beschouwde ondergrondse toepassingen in de civiele techniek totvoorbehoud bij het trekken van conclusies in zowel positieve alsnegatieve zin.

TNO-rapport


nr. :660/' 10 november 1992 pagina 3

De langste (buitenlandse) ervaringen met PVC-P membranen ondergrondsbelopen ongeveer 20 - 25 jaar. In functioneel opzicht blijken PVC-Pmembranen in ondergrondse toepassingen, voorzover er over feitelijkeervaringen gepubliceerd, tot dusverre geen aanleiding te geven totaanwijsbare problemen. Anderzijds bestaat er echter weinig inzicht in demarges van teruggang in flexibiliteit en rekvermogen als gevolg vanweekmakerverlies, die nog als toelaatbaar kunnen worden beschouwd inverband met het duurzaam functioneren van PVC-P membranen in dit soorttoepassingen, gelet op het kunnen volgen van grondzettingen, hetweerstand kunnen bieden aan waterstandverlaging, etc.

De feitelijk gebruikte samenstelling van het PVC-P compound is doorslag-gevend voor.het langeduurgedrag. Nochtans staat het in ieder geval vast,dat er steeds een reëLe kans is op de hiervoor geschetste veranderingenin de PVC-p folie, omdat deze altijd in meerdere of mindere mate zullenkunnen optl:."eden,afhankelijk van de hoedanigheid van de folie.Een onzekerheid is, in hoeverre het weekmakergehalte in deze praktijk-toepassingmag teruggaan alvorens er problemen te verwachten zijn. Uit dein de literatuur gevonden gegevens blijkt dat een door ons aangegevengrens van maximaal 10 w/w % absolute teruggang in weekmakergehalte alseen goed criterium mag worden gezien.Uitgaande van dit criterium zou een conditiebewaking van afdichtingendenkbaar zijn waarbij speciaal voor dit doel aangebrachte monsters opgezette tijden uit de constructie zouden kunnen worden veraameLd ,uiteraard zonder dat de functionaliteit van de membraanconstructiehierdoor wordt aangetast.

projectleider rapporteur

Drs. J.D.M. Wisse

mI-TNO, werkgroep materiaalen produktbeoordeling

nr.: 660/'92,. 10 november 1992 pagina 4

INHOUDSOPGAVE blz.

SAHENVATTING 2

INHOUDSOPGAVE 4

1 INLEIDING 5

2 MJ:'taODIEK 6

3 VERKREGEN GEGEVENS 7

4 INTERPRETATIE 11

5 CONCLUSIES 24

6 AANBEVELINGEN VOOR VERDER ONDERZOEK 25

7 REFERENTIES 26



1 INLEIDING

Geplasticeerd PVC (PVC-P) vindt reeds sinds de vijftiger jaren toepassingals materiaal voor waterkerende en waterscheidende membranen. Voorbeeldenvan deze toepassingen zijn de geomembranen in de civiele techniek, zoalsafdichtingen in bassins, kanalen en dammen, als grondwaterscheiding, alsafscheiding van opslagplaatsen van grondstoffen, als afScheiding vanvuilstortplaatsen van huishoudelijk of industrieel afval en alsafscheiding Van tijdelijke opslagplaatsen van verontreinigde grond,rioleringSSlib etc. Verder kent men in de civiele bouw de dakbedekkings-folies in de utiliteits- en woningbouw. De ervaringen met dezetoepassingen opgedaan zijn voor wat betreft hun duurzaamheid in depraktijk wisselend te noemen. Afhankelijk van de omstandigheden waaraande pVC-P folies worden blootgesteld kan de mate van veroudering van defolie aanmerkelijk uiteenlopen.De aanleiding tot het in dit rapport beschreven literatuur onderzoek ishet gebruik van pVC-P folie in ondergrondse toepassingen zoals dit nogsteeds plaatsvindt b.v. als grondwaterkering en in de waterbouw. Eenalgemene voorwaarde voor het behoud op de lange duur van de functioneleeigenschappen van de folie (sterkte, rekvermogen, plooibaarheid, e.d.)is, dat een eventuele migratie van weekmaker uit de PVC matrix niet tegroot mag zijn. Is dat wèl het geval, dan gaat dit gepaard met eenkarakteristieke achteruitgang in flexibiliteit, met als mogelijk gevolghet voortijdig falen van de folie.

Het literatuuronderzoek heeft als doel om inzicht te krijgen in de vraagof voor ondergronds toe te passen PVC-P folies een re~le kans op eenachteruitgang in rekvermogen op de lange duur aanwezig is. Tevens zou hetonderzoek een idee moeten verschaffen omtrent de omvang van eendergelijke teruggang. Indien hierin vanuit de beschikbare openbareliteratuur niet voldoende duidelijkheid verkregen zou kunnen worden, zalbepaald dienen te worden in hoeverre nader onderzoek noodzakelijk is omde witte vlekken in de kennis op te vullen en op welke wijze dit naderonderzoek ondernomen zou dienen te worden.

Kal-TNO, werkgroep materiaalen produktbeoordeling

nr.: 660 I ' 92 • 10 november 1992 pagina 6

2 METHODIEK

Het literatuuronderzoek is uitgevoerd in samenwerking met het Centrumvoor Infon:natie en Documentatie CID TNO.Voor de literatuurverkenning werden een aantal van toepassing zijndezoektermen fof sta$en hiervan) geselecteerd, zoals "plastici(zer)" ,"loss", "PVC", "soil", "strength", "long () term", "landfill", "leach","migrat(ion) ", "foil", "sheet", "(bio)deterior(ation) ", "propert(ies)",etc.Ten behoeve van een eerste orientatie werden in verschillende bestandenkorte verkennende recherches uitgevoerd om vast te stellen binnen welkedatabases het probleemgebied het beste zou kunnen worden verkend. Mede opgrond van ervaringen met eerdere recherches op het gebied van kunststoftoepassingen werd gekozen voor het raadplegen van de RAPRA AbstractsDatabase: deze database loopt vanaf 1972 tot heden. Daarnaast werd tercontrole van de effectiviteit van het zoekprofiel een rechercheuitgevoerd in de Chemical Abstracts Database vanaf 1980, en in de KKFDatabase (KunststoffeKautschuk und Fasern) vanaf 1973.Uit de zoekt.ermen werden verschillende zoekprofielen samengesteld totdateen bruikbaar aantal referenties werd verkregen. Deze selecties werdendeels op titel, deels op volledige abstract uitgedraaid. Na screening vande titels werd in tweede instantie daarnaast een aantal artikelen opvolledige abstract uitgedraaid.Omdat met betrekking tot uitloging en migratie van weekmakers zeker ookin tijdschriften inzake milieu en water van toepassing zijnde literatuurkon worden aangetroffen, werd nogmaals een keus gemaakt uit een aantalbestanden in de cluster "ENVIR.ON" 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 EICompendex Plus qua aantal potentHHe referenties het meest geschikt voorverdere verkenning.In de cluster "WATER" werd gezocht op basis van de combinatie PVC en"leach" resp. "loss"; hier bleken opnieuw de Chemical Abstracts Search ende EI Compendex Plus het grootste aantal potentiële referenties op televeren. Daarnaast bleek ook de Water Resources Abstracts mogelijkinteressante informatie te bevatten, daarom werd deze database eveneens


nr.: 660!' 92. 10 november 1992 pagina 7

voor nadere verkenning geselecteerd.Tenslotte werd een recherche uitgevoerd in de International Road Researchl)ocuméntation database. Verwacht werd, dat hierin met name detoepass;ingenvan PVC-P in civieltechnische projecten gevonden zoudenkunnen worden die betrekking hebben op scheidingsmembranen toegepast inwegen en tunnels.In denav611ende parl;a.graafworden de verkregen gegevens per databasesamengevat.

3 VERKREGEN GEGEVENS

3.1 RAPRADatabase

Het doornemen van de gel'lelecteerdeliteratuurplaatsen maakt duidelijk datvoor weekgetnaakt PVC de meeste ervaring op de lange duur betrekking heeftop dakbedekkingen. Een zoekprofiel, waarin de elementen langeduur,verstijving van het materiaal, sterkteverandering en migratie van deweekmaker werden gecombineerd, leverde de in dit gebied meest gekende enerkende literatuurplaatsen op. Deze hadden zowel betrekking op debeschrijving van migratiemechanismen (Papaspyrides 1991) als op deuitgebreide reeks publicaties van Pastuska c..s. (1983 - 1990), alsmededie van Schoepe (1986) en Götze (1983) inzake PVC dakbedekking.Een zoekprofiel met de term "leach" bleek te veel in de richting vanmedische toepassingen te zijn. Daarentegen leverden de termen "soil" en"ground" een referentie op met betrekking tot toepassing van PVC-P alsafdichting in een metro (Poyda, 1978), en enige referenties metvoornamelijk beschrijvingen van bovengrondse toepassingen (reservoirs,etc.).Zoektermen inzake "vluchtigheid" en "verdamping " van weelanaker leverdenweinig bruikbaar materiaal op. De meeste referenties hadden betrekking optoepassingen zoals voedselverpakking of autointerieurs, of waren tealgemeen, en weinig specifiek van karakter. Eén referentie had betrekkingop de hoedanigheid en synthese van polymere weekmakers welke geschiktzijn om in high performance toepassingen te worden ingezet (Svoboda,1991).



Combinatie ~an de term "loss" en mechanische eigenschappen liet zien datde informatie over deze aspecten is geconcentreerd in de publicaties overPVC dakbedekking. Naast veranderingen in sterkte en rekvermogen komt indezepublikaties ook het verschijnsel van krimp in banen als gevolg vanweekmakerverlies aan de orde.

3.2 Chemical Abstracts Database

De zoekprofielen werden hier in principe op dezelfd·e manier gehanteerdals aangegeven in 3.1 . Bij een nog niet te beperkt gesteld zoekprofielkwamen er voornamelijk meer analytisch-chemisch getinte referenties uit,waaronder eElnartlkel over de uitloogbare organische verbindingen in PVCmembranen triegepast in drinkwaterreservoirs (Frensch, 1991). Verder bleekover het onderwerp PVC membranen ook gepubliceerd te zijn inmilieutijdschriften (Burwell, 1991). Voor het overige werden veelreferenties over toepassingen in voedselverpakking, landbouw, etc.aangetroffen, alsmede een aantal artikelen over het mechanisme van hetweekmakerverlies, doch hoofdzakelijk in verband met voedsel. Er werd ookeen artikel aangetroffen (Papaspyrides 1990) waarin de migratie vanweekmaker in olie wordt beschreven, en het vertragend effect datvoorafgaande UV-bestraling van de PVC folie hierop kan hebben. In eenander artikel van deze auteur wordt ingegaan op langeduurmigratiemetingen (Papaspyrides 1989). Bij een verder toespitsen van hetprofiel kwamen er geen andere referenties beschikbaar dan die reeds onder3.1 gevonden waren.

3.3 KKF Database

Ter controle van de effectiviteit van de zoektermen en decombinatieprofielen werd ook een recherche uitgevoerd in deze databasedie vooral in de duitstalige literatuur een volledig beeld oplevert.Bovendien werd hier gecombineerd met de term "Deponie", hetgeen eeninteressante referentie opleverde (MUnk 1989). Andere nuttigeliteratuurplaatsen werden echter niet meer gevonden.

'l'N()...r,II:PPort

KRI-TNO. werkgroep materiaalen produktbeoordeling


3.4 Cluster ENVIRON

Veel van de tot dusverre besproken referenties behandelen weliswaarverschillende toepassingsgebieden maar gaan toch in hoofdzaak overmateriaaltechnische aspecten. om ook de invalshoek vanuit de milieu-gerichte civiele techniek te bestrijken, met het doel om hier mogelijkereferenties inzake case histories aan te treffen, werd nagegaan welkebestanden in de ENVIRON cluster in hoofdzaak de referenties over PVC-Pbevatten.Hier bleken de Chemical Abstract Search (vanaf 1967) en de EI CompendexPlus (vanaf 1970) veruit de beste ingang te zijn. Selectie met eentoegespitst zoekprofiel in de CAS leverde echter dezelfde referenties opals eerder gevonden (Frensch 1991, Burwell 1991). Een check van eenbestand in deze cluster met een kleiner aantal PVC-P referenties(Pollution Abstracts, vanaf 1970) bleek alleen ref.erentLes overtoxiciteit en verontreiniging (b.v. uitstoot van gassen bij verwerkings-en verbrandiIlgsprocessen) op te leveren.De El Compendex Plus werd bewerkt met behulp van een zoekprofiel waar metname ervaringsgevallen met PVC-P membranen uit zouden moeten komen(combinaties met fllandfillfl,flsoilfl,flleach"). Het resultaat was echteronbevredigend; er werden respectievelijk literatuurplaatsen gevonden overrecycling van kunststof afval, microbiologische aantasting en deverhindering daarvan, en verder een aantal artikelen over bepaalde typenweekmaker.

3.5 Cluster WATER

Een andere mogelijkheid om milieugerichte praktijkgevallen te kunnenachterhalen was het bekijken van de cluster van bestanden onder het hoofdWATER. Het opvragen van het aantal PVC-P referenties met de termen"leachfl en "lossflin de verschillende bestanden liet zien, dat opnieuw EICompendex 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.



Er werd vervolgens in dit laatstgenoemde bestand gezocht met behulp vaneen combinatie met "liner(s)", "geomembrane" , en verder met andereeerdergenoemde zoektermen. Behalve eerder gevonden referenties (Frensch1991) werd nu ook een aantal relevante referenties van Amerikaanseorigine (LeV'in1990,Giroud 1990), en met name een aantal rapporten vanhet Bureau of Reclamation in Denver (Morrison 1984) en van het EPA (Pacey1981) gevonden.

Volledigheidshalve werd de EI Compendex Plus nogmaals doorzocht metbehulp vane(i!n soortgelijke combinatie van zoektermen als hiervoorgenoemd. Behalve een aantal artikelen over membranen voor afvalstort-plaatsen en reparatietechnieken voor membranen werd ook een artikelgevonden over een langdurige ervaring met PVC-P membranen in betonnenbuizen in een waterkrachtcentrale (Cazzuffi 1990) en een artikel van hetBureau of Reclamation, Denver, over langeduur ervaring met sterkte vanlassen in PVC-P membranen (Morrison 1990).

3.6 I.R.R.D. Database

In dit bestand werd gezocht naar referenties over civieltechnischetoepassingen waarin ervaringen over de gedragingen van PVC-P membranenals scheiding of afdichting in wegen of tunnels e.d. zouden kunnen zijnvermeld. Er werd geselecteerd met een zoekprofiel bestaande uit eencombinatie van "geomembrane", "foil", "lin(er)", "durab(ility) ", "longterm". Door de aard van deze database, die zowel publicaties alsconferentieproceedings en researchprojecten bevat, bleek dit zoekprofielinderdaad reeds voldoende om de desbetreffende bestaande publikaties inbeeld te brengen. Publikaties die specifiek betrekking hadden op hetdaadwerkelijk volgen van het langeduur gedrag van PVC-P membranen in dezetoepassingen waren echter weer schaars. Hierover werd een publikatieaangetroffen van het Laboratoire Central des Pants et Chaussées LCPC(Bicheron 1988). Ook werd opnieuw de publikatie van Morrison (1990)gevonden. Het merendeel van de andere referenties had betrekking opbeschrijvingen van objecten, waarbij niet specifiek op de duurzaamheidvan het PVC-P werd ingegaan.

KRI-TNO, werkgroep materiaalen produkt beoordeling

nr .: 660 I ' 92. 10 november 1992 pagina 11

Op grond van ciemogelijkheid dat recente conferenties op het gebied vangeomembranennoggerichte informatie zouden kunnen bevatten, werden deons bekende desbetreffende recente proceedingsop dit aspect gecheckt.Dit leverde ~()g eens twee bruikbare referenties op (Dickinson 1989,Fayoux 1(90). Voorts bestaan er proceedingsvan de InternationalConierenceon Geomembranes,Denver, Colorado, 1984. Deze proceedings zijnmomenteel niet in onS bezit. Meerdere auteurs op deze conferentie hebbenechter nadien bij de conferenties· van recenter datum (1989 en 1(90)

opnieuw hun ervaringen ingebracht.

4 INTERPRETATIE

De duurzaamheid van de ondergronds toe te passen PVC-P membranen isafhankelijk.van de fysische en chemische eigenschappen van het materiaalin relatie tot de er mee in aanraking komende stoffen en/of (UV-)stralingen de erop uitgeoefende mechanische belasting. Duurzaamheidsverwachtingenzullen in het algemeen gebaseerd moeten worden op resultaten vanlangdurig onderzoek en praktijkervaring. In het navolgende zullen deverschillende aspecten waarnaar in de literatuur onderzoek werd verrichtaan de orde komen.

PVC-P bevat doorgaans een gewichtspercentage weekmaker dat zich rond de35 wlw % beweegt, al komen lagere en hogere concentraties ook wel voor(range 25 - 50 I). Behalve weekmaker wordt aan het basispolymeer ook eenwarmtestabilisator systeem, chelatoren voor o.m. een goede homageniseringen gelering, glijmiddelen, pigmenten, eventuele lichtstabilisatoren enbiociden toegevoegd. De aard van de weekmaker (of van het weeknlaker-mengsel) bepaalt meerdere aspecten zoals koudebrosheid, chemischebestandheid en microbiologische bestandheid. De flexibiliserende werkingvan weeknlakers hangt samen met de mate van verenigbaarheid (oplosbaar-heid) van de weekmakers in de PVC, die in wezen wordt bepaald door de Vander 'Waals interactie tussen weekmakerketensen PVC keten. Een te groteverenigbaarheid vermindert de flexibiliserende werking, een relatiefkleine verenigbaarheid geeft daarentegen weer een groterweekmakerverlies. Verder moet de verwerkbaarheid van de weekmaker (het

KlU-TNO. werkgroep materiaalen produktbeoordeling

nr.: 660!'92. 10 november 1992 pagina 12

bereiken van een goed fysisch mengsel) aan hoge eisen voldoen.Dit betekent, dat er in de praktijk van de beschouwde toepassingen altijdsprake is van een compromis.Voor membranen en folies wordt het grootste deel vermoedelijk ingenomendoor diethylhexy1ftalaat (DERP, meestal aangeduid met dioctylftalaatDOP),gevolgd<door diisonony1ftalaat DINP en diisodecy1ftalaat DIDP. Erzijn ook zogeheten mengesters: de halflineaire 9 - 11 ftala.ten en delineaire 8 12 ftalaten, welke een geringe migratieneiging en een goedekoudeflexibiliteit 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- isbekend, dat deze afhangt van hun chemische structuur. Weekmakers diekorte alkyl-ketens bevatten bezitten ook de hoogste vluchtigheid. Zoliggen diisobuty1ftalaat en diisooctylftalaat qua vluchtigheid een factorvier uit elkaar. Verder blijken de weekmakers met vertakte alkyl-ketensongeveer een faktor twee vluchtiger te zijn dan die met onvertakteketens. Het blijkt dat de lengte van de alkyl-ketens toch bij voorkeurtenminste 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)'2

waarbij Mt de hoeveelheid afgegeven weekmaker en M.. de oorspronkelijkehoeveelheid weekmaker aangeeft. K is een constante, D is de (concentra-tieonafhankelijke) diffusiecoefficient, d is de dikte van het materiaalen t is de tijd. Deze relatie geldt met name voor het begin van hetproces (Papaspyrides 1991, 1990, 1989; Pastuska 1.983). De beoordeling enonderlinge vergelijking van de migratieneiging van weekmakers door middelvan tests bij verhoogde temperatuur maakt van deze relatie gebruik. Derelatie geeft ook de praktijkervaring aan, dat dunne folies relatief

KRl-TNO, werkgroep materiaalen produktbeoordeling


sneller weekmaker zullen verliezen dan dikkere folies (Pastuska 1983).

Weekmakerverlies door migratie kan optreden indien een voldoende nauwkontakt met enigerlei ander materiaal in de omgeving van de PVC foliebestaat. Zo is bekend dat bij PVC-P dakbanen aanzienlijk weekmakerverlieskan optreden indien er rechtstreeks kontakt is met isolatielagen uitgeschuimd polystyreen. om deze reden wordt in een dergelijk geval altijdgebruik gemaakt van een effectieve scheidingslaag. Een soortgelijkeinteractie is bekend met bitumen (:l?astuska1983). Ook hier geldt weer dehierv66r aangegeven wetmatigheid van de alkyl ketenlengte ; het blijktevenwel dat de vertakte-keten-weekmakers nu wat minder migratieneigingvertonen dan de lineaire-keten-weekmakers (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 hetkontaktmateriaal plaatsvindt verloopt daarom eveneens volgens dediffusiewetten van Fick, waarvan de bovenstaande formule een bijzondereoplossing is voor betrekkelijk korte looptijden. Voor langere looptijdenis een numerieke benadering nodig om op basis van de hoeveelheidgemigreerde weekmakers versus it tot een goede vergelijking van demigratieneiging van de verschillende weekmakers te komen (Park 1979,Pospisil 1983, Taverdet 1984). Verder blijkt het weekmakerverlies uit PVCmembranen een temperatuurafhankelijkheid te volgen die beschreven kanworden door een Arrhenius-relatie

W A exp (bT)

waarbij W het gewichtsverlies is, A een constante welke bepaald wordtdoor de dikte van de folie en de tijd, T de absolute temperatuur, en b dehelling van de In W versus In T lijn (Burwell 1991).Voor de ordegrootte van het migratieverschijnsel is het belangrijk metwelk substraat de PVC-P folie in kontakt komt. Zo is met name voordakbedekkingen bekend, dat in de eerste decennia van toepassing de metgrind geballaste banen een naar verhouding beduidend slechter langeduurgedrag vertoonden dan de niet-geballaste banen. Verschillende auteurshebben over dit probleem gepubliceerd (Götze 1983, Schoepe 1986, Pastuska

KRI-TNO, we:arkgroepmateriaal- en produktbeoordeling


1988). G:arindballastwordt aangebracht alsfi:xatie van de dakbedekking enheeft als bijkomend voordeel dat inwerking vanW-straling uit hetzonlicht, die tot toename van de stijfheid en vermindering van hetrekvemogena~ilaleiding kan geven (Dunn 1970, Williams 1983, Wirth 1977),praktisch geheel wordt verhinderd. Deze manier van afwerking heeft echterooknadelen.)Behalve de hiervoor reeds aangegeven factoren die totweekttlake:arve:arlieskunnen bijdragen is namelijk gebleken, dat dezegrindballa$thet vocht. op de pvc-p folie va$thoudt, terwijl er verderaccumu.latievan organischmoddermateriaal tussen het grind optreedt.Het is nu gebleken dat dit modderwater in staat is om binnen enkele jareneen aanm~rkelijke reductie in weekmakergehalte te bewerkstelligen (b.v.een te:aruggangvan 37 ww/w % naar 30 wlw % in 6 jaar) ..In het organischmOddermateriaal werd de weekmaker teruggevonden. Als gevolg van ditweekmakerverlies werd een duidelijke verstramming van het materiaalgeconstateerd. Dit moddersubstraat bevorderde verder de invloed vanmicro-organismen, die weekmakers als voedingsbodem hadden. Dakbanen dievrij verlegcfwaren vertoonden deze verschijnselen niet (Pastuska 1988).Deze fenomenen zijn ons inziens ook van betekenis bij het afschatten vande processen·zoals die bij ondergronds toe te passen PVC-P folies zoudenkunnen optreden.

Weekmakerverlies door uitloging door water op zich blijkt overigens,behoudens het bovenstaande, in de praktijk geen uitgesproken risico tevormen. Meerdere auteurs komen tot de slotsom dat dit in de praktijk welmeevalt (Burwell 1991). Ook uit publicaties betreffende drinkwater-kwaliteit blijkt dit (Frensch 1991). Alleen indien gebruik gemaakt wordtvan detergentia in het water kan de e:xtraheerbaarheid van weekmakersgroter worden.

omdat weekmakers estergroepen bevatten kunnen deze in principehydrolY$eren. Daar is echter wel een uitgesproken zuur of alkaiischmilieu voor nodig, terwijl de hydrolyse verder alleen significant kangaan verlopen wanneer er sprake is van verhoogde temperaturen (b.v.ordegrootte 70 - 80 QC, Pastuska 1983). Uit de hiervoor noodzakelijkeomstandigheden (pH <2 resp. pH >12, temperatuur en tijdsduur) valt op temaken dat bij de huidige in toepassing zijnde PVC-P foiies dit risico als

mo-rapport

KIn-TNO, werkgroep materiaalen produktbeoordeling


klein kan worden aangemerkt.

Met verlies van weekmaker door aantasting door micro-organismen blijkt inde praktijk rekening gehouden te moeten worden al naar gelang de aard vande toepa.ssing. Voor dakbanen, dekzeilen e i d , is toevoeging van eenbiocide dikwijls noodzakelijk om plaatselijke aantasting en verstrammingop de lange duur tegen te gaan. Het blijkt dat hoewel weekmakers over hetalgemeen zeer sle:::htc.q. niet merkbaar in water oplossen, dezeverbindingen wel naar het oppervlak van de folie kunnen diffunderen endaar op de scheiding van PVC en water de microorganismen alsvOédingsbod_m kunnen dienen. In de praktijk werden namelijk moeilijkhedenondervondenmetmicrobiiHe afzettingen op drinkwaterbassins van PVc-p(Frensch 1991).

Uit dit alles blijkt dat de chemische hoedanigheid van de weekmaker eenzeer bepalende rol speelt bij de gedragingen van de PVc-p folie. Daarbijmoet nog bedacht worden dat in vele gevallen gebruik gemaakt wordt vaneen mengsel van twee of meer typen weekmaker, teneinde zowel een goedeverwerkbaarheid, een goed pakket mechanische eigenschappen alsook eengoed langeduur gedrag te verkrijgen. Met betrekking tot dit laatsteaspect heeft men onderkend, dat de mate van migratie in belangrijke matekan afnemen indien men zogeheten polymere weekmakers toepast. Met namevoor meer kritische toepassingen waar men op het punt van migratie,vluchtigheid, uitloogbaarheid door vloeistoffen en weerbestandheid eenbeter gedrag essentieel acht, kan op deze mogelijkheid wordenteruggevallen. Deze weekmakers worden gesynthetiseerd door polymerisatievan een mengsel met de juiste verhouding dibasische carbonzuren, glycolen monofunctionele carbonzuren totdat een bepaalde viscositeit is bereikt(Svoboda 1991). Een nadeel is echter dat de polymere weekmakers bijlagere temperaturen (d.i. < DOC) het PVC-P een slechter mechanisch gedraggeven dan de ftalaten. Derhalve moet per toepassing worden bekeken of ditrisico kan worden geaccepteerd.


nr.: 660"92. 10 november 1992 pagina. 16

Hechanischeelgenschappen

Elke PV'C-P folie vertoont op de lange duur enig weekmakerverlies. Dat iseen normale zaak en is acceptabel voorzover dit verlies binnen zekeregrenzen blijft. Zo is een teruggang van een weekmakergehalte van 35 wlw %van een dakbedekkingsfolie met zo'n 0,3 wlw % per jaar over een periodevan 10 jaargebruik als vrij normaal te betitelen. De gevarenzone komt inzicht wanneer binnen een dergelijke tijdstermijn van 10 jaar een reductievan in totaal 10 wlw % of meer zou worden geconstateerd. De mechanischeconsequenties van een dergelijke teruggang in weekmakergehalte komen totuitdrukking in vervormingen, w.o. irreversibele verkorting en krimp vande dakbaneri (Gl>tze1983) welke plaatselijk tot boven de 10 % kunnenoplopen. EUermee kan plooiing en scheurvorming gepaard gaan. Dedimensievera.nderingen zijn trouwens niet uitsluitend aan weekmakerverliestoe te schrijven doch komen ook voor een belangrijk deel voort uit hetvrijkomen van ingevroren spanningen in de folie, die daarin aanwezig zijnals gevolg van de orientatievan het materiaal tijdens de produktie, b.v.door het kaJ.anderen. Indien het inwendig spannings-niveau te hoog ligtkrijgt de folie bij verhoging van de omgevings-temperatuur geengelegenheid om deze spanningen door relaxatie kwijt te raken zonder dater beduidende deformaties optreden. Ook de bevestiging c.q. deinstallatie van de folie speelt hier een belangrijke rol. Bij goedeproduktie van de PVC-P folie mag er in de praktijk geen grotere blijvendekrimp optreden dan ca. 1 % • Dit betekent dat deze folies, indien zijonderworpen worden aan een krimpproef bij b.v. 80 GC gedurende 6 uur, naafloop hiervan geen grotere blijvende krimp dan 3 % mogen laten zien.Indien hetspanningsniveau hoger ligt is de kans op lostrekken van defolie uit opsluitingen en boeiboorden groot; dit schadebeeld is in deloop van de afgelopen vier decennia ook steeds gesignaleerd (Götze 1983).

Ook andere auteurs gaan op de achtergronden van de optredende krimp-krachten in (Pastuska 1984(2), 1987 (2». Indien het weekmakerverliesvoldoende groot is (> 10 wlwl %) veranderen de mechanische eigenschappenvan de PVC-P folie aanmerkelijk. Er is sprake van een nettovolumevermindering en dikte afname, en er treedt krimp op. De folie wordtstijver (deE-modulus bij kleine rekken wordt aanmerkelijk groter), het


nr.: 660/' 92. 10 november 1992 pagina 17

materiaal verhardt en de zogenaamde koudebrostemperatuur stijgt. Ditlaatste wil zeggen dat het materiaal zijn plooibaarheid bij lageretemperaturen (karakteristiek voorPVC-P) gaat verliezen. Een belangrijkdetail is ook dat de relaxatietijd voor het kwijtraken van inwendigespanningen door het weekmakerverlies langer wordt.In het geval van geballaste dakbanen (dikte ca. 1 mm) betekent dit, datals gevolg van daling van de temperatuur in de winter de banen, die eenweekmaker-verlies hebben opgelopen van 35 naar circa 25 Z, reeds doorafkoeling tot 0 °Cdoor de hierdoor optredende thermische krimp aanaanmerkelijke trekkrachten worden blootgesteld. Deze krachten kunnen eentijdlang permanent werkzaam zijn. Hiervoor worden waarden genoemd in deorde van 1500 Nim. Door de aanmerkelijk verlengde relaxatietijd van deverstijfde folie nemen deze krachten nauwelijks of niet meer af (Pastuska1984(2), 1987(2».In dit opzicht zijn de vrJ-J verlegde dakbanen ook weer in het voordeelomdat deze door natuurlijke verwarming (instraling door de zon)gelegenheid krijgen om te relaxeren. Bij met grind geballaste folies ishet allerminst zeker dat voldoende hoge temperaturen worden bereikt.

In de diverse onderzoeken zijn vele experimenten aan het meten van deveandering van de mechanische eigenschappen gewijd. Om hier enig idee tegeven van de optredende verandering in mechanische eigenschappen alsgevolg van weekmakerverlies (door welke combinatie van oorzaken dan ook)kunnen de volgende richtcijfers dienen. Hierbij is gebruik gemaakt vanmetingen aan PVC-P dakbanen van 1.1 mm dikte (Schoepe 1986).

Zoals eerder gesteld bewegen de gewichtspercentages weekmaker in PVC-Pdakbaanformuleringen zich als regel rond de 35 wlw %. Problemen ont.s taanindien erweekmakerverlies optreedt dat een 30 procent van dit gehalteoverschrijdt.Het effect van de verstijving van het materiaal treedt het duidelijkstnaar voren in de verandering in E-modulus bij kleine deformaties (1 - 2%). De beginwaarde ligt meestal in de orde van 15 - 25 Nlmrn'J doch stijgtdoor weekmakerverlies tot waarden boven 100 N/rnrn2. Hierbij wordt nog eensin herinnering geroepen dat onder gelijkblijvende gebruiksomstandighedenhet grotere verlies aan weekmaker bij dunnere folies nog tot veel

lCRI-TNO,werkgroep materiaalen produ'ktbeoordeling

nr.: 660/ 10 november 1992 pagina 18

drastischer stijgingen in de stramheid aanleiding kan geven. Pastuskavermeldt E-modulus waarden bij kleine rek die na 10 jaar oplopen tot 600N/mm2 t (Pa$tuska 1987 (1».In dit opzicht is de verandering in breuksterkte bij trekproeven veelminder spectaculair: de beginwaarde ligt in de orde 18 N /tnm:2 en neemt toemet ca. 10 l20 %. De breukrek neemt daarentegen weer duidelijker af: hetbeginniveauvan Ca. 300 % daalt naar een niveau van ca. 200 % . Bij hetbeoordelen\"an deze veranderingen dient echter bedacht te worden datlangeduurs<::hadebeelden inPVC-P membranen klaarblijkelijk bij veel1tleinerederotlnaties ontstaan dan debreukrek. Weliswaar zegt deveralldering<in breukrek iets over het verlies aan plasticiteit van hetmateriaal maar de absolute waarde is niet zonder meer in verband tebrengen met de langeduur breukrek. om deze reden wordt in constructieseen op de lange duur toe te laten (biaxiale) grensrek aangehouden van10 % .

Bij PVC-P wordt het temperatuurtraject van de glasovergang van de PVCmatrix als gevolg van het inmengen van weekmakers drastisch verlaagd (vande orde 75 - 80°C naar minus 55 - 50 °C). Hieraan ontleent het materiaalzijn goede plooibaarheid en soepelheid, ook bij lagere temperaturen. Ditvermogen gaat echter voor een belangrijk deel weer verloren indien ersprake is van overmatigweekmakerverlies.Meestal wordt als maat voor diteffect gekeken naar de temperatuur waarbij het materiaal nog zonderschade kan worden dubbelgevouwen. Het blijkt dat deze temperatuur stijgtvan minus 50 tot 40 oe naar minus 10 tot 0 "C.

Langeduur veranderingen

In het voorgaande zijn de oor2'.akenen processen geschetst van eeneventueel te verwachten weekmakerverlies op de langeduur en hetbijbehorende verlies aan mechanische eigenschappen en functionelegebruikswaarde. Met betrekking tot ondergronds toe te passen PVC-P folieszijn meerdere aspecten, alhoewel in hoofdzaak geconstateerd bijdakbedekkingsfolies, van analoog belang voor de beantwoording van vrageninzake het te verwachten langeduurgedrag.

nI-TNO, werkgroep materiaalen produktbeoordeling


Globaal gesproken is binnen de randvoorwaarden van de ondergronds toe tepassen folies het verlies van weekmaker naar de lucht als een relatiefondergeschikt risico in te schatten. Van de meeste weekmakertypen zijndeze gegevens in enigerlei vorm bekend zodat men een zodanige keus kanmaken dat dit risico tot een voor de toepassing acceptabel niveau wordtgereduceerd. Ook de afgifte aan water is op zich genomen een effect datdoor meerdere auteurs als relatief klein wordt betiteld. Bovendien blijktde neiging tot weekmakermigratie in de loop der jaren af te nemen indiener sprake is van vrije expositie aan de invloeden van weer en wind. Erblijken veranderingen in de oppervlaktestructuur van de verweerde PVC-Pfolie op te treden die de migratie afremmen (Pastuska 1990). Dit wijst indezelfde richting als de bevinding dat een UV-bestralingsbehandeling demate van permeatie van bepaalde koolwaterstoffen door het PVC-P membraankan reduceren (Papaspyrides 1990).

De situatie verandert echter indien water in combinatie met organischmateriaal met het PVC-P in kontakt komt. De geschetste situatie bijdakbanen, waarbij dit substraat als een nabsorbensn voor meerdereweekmakers optreedt, zou zonder meer overdraagbaar kunnen zijn naar eendergelijke interactie op het grensvlak van een organisch materiaalvoerende drainagelaag en het PVC-P membraan in de onderafscherming vaneen stortplaats of opslagplaats, of op het grensvlak van een PVC-Pmembra.anen een humusrijke ondergrond.Bevat het water organische stoffen dan is ook de permeabiliteit van hetmembraan voor deze stoffen een aandachtspunt geworden.Intussen noopt echter het ontbreken van gedetailleerde data over dehoedanigheid en samenstelling van de PVC-P membranen in de hierbeschouwde ondergrondse toepassingen in de civiele techniek totvoorbehoud bij het trekken van conclusies in zowel positieve alsnegatieve zin. Het vaststellen van een mogelijke bedreiging voor hetlangdurig functioneren van een scheidingsmembraan zoals hiervoorgeschetst zou dan toch tenminste ook in de praktijkervaring weerspiegeldmoeten worden.

De in deze literatuurrecherche gevonden bronnen die hier specifieke

KRI-TNo, werkgroep materiaalen produktbeoordelingnr.: 660/'92.. 10 november 1992 pagina 20

informatie over verschaffen zijn echter schaars.De meesteérvaring met langdurige ondergrondse PVC-P folie-toepassingenis te vinden in de USA. In een publikatie van 1990 wordt bericht overervaringen met een PVC-P bovenafscherming van een stortplaats die eroverigensuo-g maar 5 jaar lag. Ondanks deze relatief korte tijd werd erten opzichte van het oorspronkelijke materiaal een zeker weekmakerverliesgeconstateerd. Een vergelijking wordt getrokken met soortgelijk PVC-P datvoor bekleding van kanalen werd gebruikt, nu reeds gedurende 18 resp. 19jaar. In het laatste geval vertoonde de PVC-P een significantweekmakerverlies en bleek het rekvermogen met meer dan 60 % te zijnafgenomen (l.evin1990).

Veel van de~e soort toepassingen worden gevolgd door het Bureau ofReclamation in Denver, Colorado. In een publikatie van dit bureau wordtgerapporteerd over 0.25 mm dikke PVC-P liners voor irrigatiekanalen welkeover een periode varierend van 1 tot 19 jaar in gebruik waren (Morrison1984). Er wordt melding gemaakt van de wenselijkheid om met dikkeremembranen te werken (0.5 mm) omdat hiervan een langere levensduur vanverwacht zou mogen worden en omdat problemen bij de installatie minderzouden kunnen djn. Ook hier wordt aangegeven dat de lining met de tijdmerkbaar stijver is geworden als gevolg van weekmakerverlies. Algemeenwordt een teruggang in rekvermogen vastgesteld en een toename in demodulus van 100 %, alsmede een afname in weerstand tegen stootschade bijlagere temperaturen. Volgens deze auteur verouderen in de beschouwdegevallen de folies met een hoger weekmakergehalte het minst, evenals degedeelten die geheel onder water zitten. Ook de ondergrond is belangrijk;gladde ondergronden gaven minder veroudering (door slijtage) dan ruweondergronden.Dit soort langeduuronderzoeken vindt nog steeds voortgang, ook op hetgebied van stortplaatsen voor stedelijk vast afval. Daarbij wordt gekekennaar de invloeden van percolaat en ontledingsprodukten uit afval op de inde stortplaatsen gebruikte membranen (Pacey 1981). In deze publicatiewerd de opzet van het onderzoek gemeld, maar nog geen resultaten.

Andere auteurs maken melding van ervaringen met irreversibele krimp vanPVC-P membranen in de praktijk en geven aan dat hier waarden tussen de

'DlO-rapport

KlU-TNO, werkgroep materiaalen produktbeoordeling

nr.; 660f'92. 10 november 1992 pagina 21

0.5 en 2 % optreden, kennelijk onder redelijk "normale" praktijkomstan-digheden bij een landfill application (Giroud 1990).

Een specifieke toepassing betreft het gebruik van een PVC-P membraan alsinterne lining van een betonnen pijpsysteem in een waterkrachtcentrale .Deze lining is reeds sinds 24 jaar in bedrijf (Cazzuffi 1990). Hetbetreft hier een geomembraan dat rechtstreeks op een betonnen dragendeondergrond is verlijmd. De heersende temperatuur varieert tussen de 4 en9 °c. Tussentijds zijn steeds materiaalmonsters genomen (in 1973 en1987). Er blijkt enige..verandering in het materiaal op te treden, getuigede stijging van het met behulp van thermomechanische analyse (TMA)gemeten verwekingspunt (van 2r naar 34°C), terwijl ook deglijdingsmodulus een stijging vertoont. De lining functioneert echter nognaar behoren.

Een tweede publikatie van het Bureau of Reclamation gaat over hetlangeduur gedrag van lassen in de PVC-P lining van irrigatiekanalen. DeafSChuifsterkte en afpelsterkte van de lassen blijken na 20 jaar noguitstekend te zijn (Morrison 1990).Van dezelfde auteur is een uitspraak tijdens een discussie op deInternational Conference on Geotextiles, Geomembranes and RelatedProducts 1990, waarin hij aangeeft dat er in de USA reeds in 1959 werdbegonnen met linings van 0.25 mm dik. Sinds 1980 is men over op een diktevan 0.5 mmo Op grond van zijn ervaring schat hij de levensduur voor een0.25 mm lining op 25 jaar en die van een 0.5 mm lining op 35 jaar (Fayoux1990 (2».

In de publikatie die de aanleiding vormde tot de hiervoorbedoeldediscussie wordt een inventarisatie gegeven inzake alle faktoren die voorhet langeduur gedrag van PVC-P van belang zijn. Uit de resultaten komtnaar voren dat weekmakerverlies als gevolg van de inwerking van water ookop de lange duur beperkt van omvang blijft, mits de receptuur hierop isafgestemd; dit geldt ook voor het verlies door verdamping. Met betrekkingtot de invloed van veroudering in PVC-P membranen op het functioneelgedrag wordt gesteld, dat voor het behoud van de waterdichtheid vandakbedekkingen in de praktijk een weekmakergehalte van oorspronkelijk 35

KRI-TNO, werkgroep materiaalen produktbeoordelingnr.: 660/'92. 10 november 1992 pagina 22

w/w % op de lange duur niet beneden 28 w/w % mag zakken. Voor reservoirse.d. in gematigde klimaatzones is deze auteur van mening dat delangeduurgrens bij 23 w/w % gelegd moet worden. Hij geeft verder aan datde duurzaamheid van het membraan een rechtevenredig verband heeft met dedikte. Voor een 1 romdik membraan wordt de duurzaamheid berekend op meerdan 16 - 19 jaar (Fayoux 1990 (1».

Met betrekking tot de chemische bestandheid wordt algemeen in deliteratuur aangegeven dat PVC•..p compounds zodanig kunnen wordensamengesteld dat zij resistent zijn tegen zouten van lagere organischezuren en tegen anorganische verbindingen. mits deae niet sterk zuur ofbasisch reageren ofoxyderend zijn. Van organische verbindingen is bekenddat PVC-P gevoelig is voor met name de aromatische koolwaterstoffen;tevens tasten enkele typen gehalogeneerde koolwaterstoffen en bepaaldeketonen het materiaal sterk aan. In het algemeen moet worden gesteld datde permeatie van organische stoffen door PVC-P aanmerkelijk hoger ligtdan bij b.v. HDPE. Daarentegen is de permeatie van anorganischeverbindingen naar verwachting weer zeer gering. In geval van twijfelzullen altijd nadere compatibiliteitstests nodig zijn.

Een onderzoek ter plaatse naar de gedragingen van PVC-P membranen inciviele werken wordt beschreven in een publicatie van het LCPC te Parijs(Bicheron 1988). Het gedrag bij langdurig functioneren als afdichting ende lasverbindingen hierin vormen het onderwerp van dit artikel. Er wordtgesteld dat PVC-P het meest toegepaste type materiaal is voorondergrondse werken in Frankrijk, zoals bijvoorbeeld bij metro-tunnels.Met name de mogelijkheid tot het verkrijgen van goede lasverbindingenonder moeilijke omstandigheden wordt als een voordeel van dit materiaalgezien. Ook hier wordt echter gewezen op het risico dat er in meerdere ofmindere mate weekmakerverlies kan optreden. Om vooraf een betrouwbareindicatie te hebben van de te verwachten duurzaamheid van het materiaalzijn er onderzoeken gedaan die enerzijds betrekking hadden op bewaartestsaan materiaal en lasverbindingen in daarvoor met de toepassing correspon-derende, speciaal uitgeruste opstellingen, en daarnaast door middel vanversnelde tests.

KIlI-TNO, werkgroep materiaalen produktbeoordeling

nr.: 6601'92. 10 november 1992 pagina 23

Tenslotte is er een overzichtspublicatie van een Amerikaans bedrijf ophet gebied van industri~le en milieutoepassingen van kunststof liners.Hierin wordt gesteld dat PVC.•p liners de langste geschiedenis hebben inde Verenigde Staten en dat andere membraanmaterialen daartegen dienen teworden afgemeten (Dickinson 1989). In de publikatie worden ruim tienpraktijkgevallen beschreven waarin PVC-P membranen zijn toegepast,varierendin dikte van 0.7 :mm tot 1.0 mm, veelal in samengesteldeconstructies. Over het algemeen betreft het stortplaatsen van zeer groteafmetinge;nwaarvan de oudste in 1969/1970 is ingericht.De auteur stelt dat alle liners in de genoemde toepassingen hun functietot dusverre goed vervullen, zonder incidenten. Hij stelt evenwel ook dathet in de praktijk, nadat de installatie is voltooid, erg moeilijk is ommonsters trekken uit het membraan, omdat de beheerders ongaarne ziendat de co;nstructie als gevolg van de monsterneming gebreken zou kunnengaan verto;nen. Aan de andere kant is er van de kant van de onderzoekersaarzeling omdat men niet graag een schadeaansprakelijkheid riskeert voorhet verkrijgen Van een paar monsters. De feitelijke kwantitatieveachteruitga;ng blijft dus vooralsnog onbekend. Daarom refereert dezeauteur ook weer aan het werk van Morrison bij het Bureau of Reclamationwaarbij resultaten van onderzoek aan inmiddels 26 jaar oude liners in hetvooruitzicht worden gesteld. Hij wijst erop dat in al die jaren dat hetBureau deze onderzoeken verricht, zelfs de slechtere PVC-P folies geengroter weekmakerverlies blijken te hebben bereikt dan 50 % van hetoorspronkelijk gehalte 1 Dit lijkt ons echter, om redenen die hiervooruiteengezet zijn, geen steekhoudend argument voor een te verwachtenduurzaam functioneren.Uit overzichtsartikelen op het gebied van toepassing van kunststofafdichtingsmembranen voor deponie~n is de tendens naar andere materialendan PVC-P duidelijk bespeurbaar. De indruk bestaat overigens dat dit nietzozeer gebeurt op basis van beschikbare kennis op het gebied van hetfeitelijk functioneel gedrag van PVC-P membranen in deze toepassingen,maar dat vergelijking van eigenschappen (permeatie voor percolaat,zwelling, algemeen chemisch resistentiebeeld) die als belangrijk voor hetduurzaam functioneren kunnen worden aangemerkt, betere alternatieven inbeeld hebben gebracht, zoals LDPE en HDPE (Münk 1989, Knipschild 1986,Baxo 1985).

DO-rapport



5 CONCLUSIE

In functioneel opzicht blijken PVC-P membranen in ondergrondsetoepassingen, 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 margedie het duurzaam functioneren van PVC-P in dit soort toepassingen zoumoeten veiligstellen. Bij het beoordelen van de resultaten die dezeliteratuurverkenning heeft opgeleverd dient bedacht te worden dat deneiging om te publiceren over geslaagde toepassingen toch wat groter isdan om te publiceren over mislukkingen.Voor het overige is duidelijk dat de feitelijk gebruikte samenstellingvan het PVC-P compound doorslaggevend is voor het langeduurgedrag, en hetis bekend dat hierbij vaak moet worden gezocht naar een zo goed mogelijkcompromis (eisen van flexibiliteit, dikte, verwerkbaarheid van hetcompound, prestatie/prijs verhouding van toevoegingen, voorschriftene.d.).

Bet staat in ieder geval vast dat de hiervoor geschetste veranderingen inde PVC-P folie altijd in meerdere of mindere mate zullen optreden,afhankelijk van de hoedanigheid van de folie. De ervaring reikt op ditmoment nog niet verder dan twee decennia, zodat er in feite geen zichtbestaat op wat men over een termijn van 30 •• SO jaar van dezetoepassingen mag verwachten.Een andere. onzekerheid is, in hoeverre het weekmakergehalte in depraktijktoepassing mag teruggaan alvorens er problemen te verwachtenzijn. Uit de in de literatuur gevonden gegevens blijkt dat de door onsaangegeven grens van maximaal 10 wfw % absolute teruggang inweekmakergehalte als een goed criterium mag worden gezien.Uitgaande van dit criterium zou een conditiebewaking van afdichtingendenkbaar zijn waarbij speciaal voor dit doel aangebrachte monsters opgezette tijden uit de constructie zouden kunnen worden verzameld,uiteraard zonder dat de functionaliteit van de membraanconstructiehierdoor wordt aangetast.

KlU-TNO. werkgroep materiaalen produktbeoordeling

nr.: 660/·~2. 10 november 1992 pagina 25

6 AANBEVELINGEN VOOR VERDER ONDERZOEK

Uit de conclusies blijkt. dat er weinig inzicht bestaat ten aanzien vande ordegrootte van de veranderingen in de PVC-P folie die altijd inmeerdere of mindere mate zullen optreden. Aangenomen moet worden dat dezeveranderingen nog in sterke mate zullen kunnen worden be:i.nvloeddoor deomstandighèden ter plaatse. en met name door de grondgesteldheid in zijnwisselwerld.ng met het PVC-P membraan.om hierin meer zekerheid te krijgen verdient het ons inziens aanbevelingom hiernaar verder onderzoek te verrichten, b.v. door

1. Opgraafproeven, waarbij aan praktijkmonsters de marge interuggang van het weekmakergehalte daadwerkelijk wordt bepaald.Hierbij dient tevens de hiermee verbonden teruggang inmechanische sterkte te worden vastgesteld. Een belangrijk aspectbij deze praktijkproeven is de koppeling, die gelegd dient teworden tussen de gedragingen van het PVC-P en de typering van dedirecte omgeving van het membraan, n.l. de hoedanigheid van debodem (humus) en het contact tussen het PVC-P en het water/bodemmengsel.

2. Migratieproeven (eventueel versneld) op laboratoriumschaal, metnog nader te kiezen c.q. samen te stellen media, als functie vande temperatuur. Koppeling van het optredende weekmakerverliesaan de verandering in mechanische eigenschappen.


nr.: 660I'!)2. 10 november 1992 pagina 26

7 Rl!:FERENTIES

BicheronG., J-P Benneton, J-M Bergue (1988). Comportement eniJl'Imersiondes feuilies d'étanchéité en PVC plastifié et de leurssoudures, Bull. Liaison Lab. Ponts & Chauss. Paris France 155(5-6), 1988, p. 5 - 8

B~rwell D. (1991). Evaluating plasticizer loss in PVC membranes,Poll.Engng. 23 (2), 1991, p. 56 - 58

cazuffi D.A., S. Venesia (1990). Use of thermal analysis for theeva.1uation of the durability of a 24-year-01d PVC geomembrane,Proc. ASTM Symp.on Microstructure and the Perfomance ofGeosynthetics, Orlando FL, January 27, 1989. ASTM specialTechnical Publication STP 1076, Philadelphia, PA, 1990, p. 17 -25

Dickinson R.H. (1989). PVC and CPE, selection, use anddurability as liner materials and how they differ from otherliner materiais; an engineer's perspective, in : uDurability andAging of Geosyntheticsu, Proc. 2nd GRI Seminar, DrexelUniversity, Philadelphia PA, December 8 - 9, 1988, ElsevierPubl. Cy., 1989

Dunn P., D. Oldfield, R.H. Stacewicz (1970). Weathering ofPlasticized Poly(vinylchloride}, J. Appl. Polym. Sci. 14 , 1970,p. 2107 -2116

Fayoux D. (1990(1». Durability of PVC geomembranes andresistance to mechanical puncturing, 4th Int. Corrf . on Geotext.Geomembr. & Related Prod ., 1990, Vol. 2, p, 561 - 565

Fayoux D. (1990(2}). Durability of PVC geomembranes andresistance to mechanical puncturing, 4th Int. Conf. on Geotext.Geomembr. & Related Pxod ,, 1990, Vol. 3, p , 1107


nr.: 660/'9Z. 10 november 1992 pagina 27

Frensch K., D. Schoenen, B.F. Schöler (1991). Identifizierungextrahierbarer organischer Bestandteile von PVC-Folien filrTtinkwasserbehälter, Z. Wasser Abwasser Forsch., 24 (6), 1991,p.i294 - 299

Giroud J.P., LD. Peggs (1990). Geomembrane Construction QualityAssurance, in : "Waste Containment Systems: Construction,aegulation and Performance". Geotechnical Special PublicationNo. Z6, Am. Soc. of Civil Engngs, New York, 1990, p. 190 - 225

G(St2:ea. (983). Schrumpf von Dachbahnen und deren Ursachen,Kunststoffeim Bau, 18 (2), 1983, p. 73 - 75

aa;xo Jr. H.E. (1985). Polymerie Membrane Lining Materials forWaste Management Applications, Kautsch. Gummi Kunstst. 38 (6),1985, p. 485 - 493

Knipschild F.W. (1986). Deponie-Abdichtungen mit Kunststoff-Dichtungsbahnen. Stand der Technik und Entwicklungen,Kunststoffe 76 (1), 1986, p. 86 ..92

Levin 8.B., M.D. Rammond (1990). Examination of PVC in a "TopCap" Application, in: Geosynthetic Testing for Waste ContainmentApplications. STP 1081. ASTM, Philadelphia, PA, 1990, p , 369 ..381

MUnkG., R.P. BegIer, G. Mennig (1989). Abdichtung vonMUlldeponien, Kunststoffe 79 (4), 1989, p. 352 - 358

Morrison W.R., J.G. Starbuck (1984). Performance of PlasticCanal Linings, Bureau of Reclamation, Denver, Colorado,Engineering and Research Center, Report REC-ERC-84-l, January1984

nI-TNO, werkgroep materia.al- en produktbeoordeling

10 november 1992 pagina 28

Morrison W.R., J.J. Swihart (1990). Bureau of Reclamationhperience with PVC seams, Geotextiles and Geomembranes 9 (4 -6>, 1990, p. 343 - 355

Pacey J .G., C.G. Brisley Jr., R.L. Dooley (.1981). FieldVerification of Liners: Assessment of Long-Term Exposed LinerMaterials from Municipal Solid Waste Landfills; in: "LandDisposal: Municipal Solid Waste" Proc. 7th Ann. Res. Symp.,March 16-18, 1981, Philadelphia PA. (Shultz D.W., Ed.).Environmental Protection Agency Report EPA-60019-81-002a, March1981, p. 163 - 169

pa.paspyrides C.D., T. Duvis (1989). PlasticizerTransfer fromPlasticized Poly(vinyl Chloride) Sheets to Petroleum Oils, J.Appl. Polym. Sci 38, 1989, p. 1573 - 1580

Pa.paspyrides C.D., T. Duvis (1990). Loss of plasticizers frompolymer films to liquid environments: counterdiffusion aspectsversus immersion temperature and ultra-violet-induced surfacecrosslinking, Po1ymer 31, 1990, p. 1085 - 1091

Papaspyrides C.D. (1991). Prior sample history vs. plasticizermigration phenomena in flexible poly(vinyl chloride) sheets, J.Vinyl Techno1., 13 (2) , 1991, p. 74 - 79

Park G.S., T.V. Hoaug (1979). Diffusion of additives andplasticizers in poly(vinylchloride) - I . The 1:2 double discmethod for obtaining the diffusion coefficient of additives inpolymers, Eur. Polym. J. 15, 1979, p. 817 - 822

Pastuska G., D. Barnheim, U. Just (1983). Zum Langzeitverhaltenvon Bahnen aus PVC-weich. Teil 1: Zusammenhänge zwischen demWeichmacherverlust und der chemischen Konstitution, Kautsch.Gummi Kunstst. 36 (10), 1983, p. 862 - 865

Do-rapport


nr.: 660/' 92. 10 november 1992 pagina 29

Pastuska G., D. Barnbeim, U. Just (1984(1». Zum Langzeit-vernalten von Bahnen aus PVC~weieh. Teil 2:Materialveränderungen als Folge der Alterung, Kautseh. GummiKunstst. 37 (7), 1984, p. 613 - 617

Pastuska G., V. Lehmann (1984(2». Zum Langzeitverhalten vonBahnen aus PVC-weieh. Teil 3: Änderung meehaniseherEigenschaften, Kautseh. Gummi Kunstst. 37 (8), 1984, p. 703 -705

Pastuska G. (1987(1». Untersuehungen an PVC-Dachbahnen, IBKSeminar-Handbueh83 "Langzeitverhalten von Kunststoffen im Bau.Das Flaehdaeh", Darmstadt, 7-8 April 1987, p. 9/1 - 9/9

Pastuska G., V. Lehmann (1987(2». Sehrumpfkräfte undtemperaturabhängige Längenänderung in Weieh-PVC-Daehbahnen,Kunststoffe 77 (11), 1987, p. 1181 - 1183

Pastuska G., W. Kerner-Gang, U. Just (1988). Langzeitverhaltenvon PVC-P-Daehbahnen, Kautseh. Gummi Kuns t st , 41 (5), 1988, p.451 - 454

Pastuska G., U. Just (1990). Weiehmacherverlust aus langjährigfreibewitterten PVC-P-Daehbahnen, Kautseh. Gummi Kunstst. 43(12), 1990, p. 1093 - 1094

Pospisil M., K. Kolomaznik , M. Pospdsi.Lova, T. Myllykoski(1983). Migration of plastieizers from PVC film into water. Part5. Determination of the parameters of the migration proeess,Int. Polym. Sci. and Teehn. 10 (8), 1983, p. 56 - 59

Poyda F. (1978). PVC-weieh-Bahnen dichten U-Bahn-Haltestelle ab,Kunststoffe 78 (11), 1978, p. 1100 - 1103



Sehoepe R., G. Pastuska (1986). LangzeitverhaltenhandelsUblieher Weieh-PVC Dachbahnen unter Kiesauflast,Kunststoffe 76 (3), 1986, p. 272 - 274

Svoboda R.D. (1991). Polymerie plasticizers for higherperformance flexible PVC applications, J. Vinyl Technol. 13 (3),1991, p. 130 - 133

Taverdet J.L., J.M. Vergnaud (1984). Study of Transfer Processof Liquid into and Plasticizer out of Plasticized PVC by UsingShort Tests, J. Appl. Polym. Sci. 29, 1984, p. 3391 - 3400

Williams G.E., D.L. Gerrard (1983). An Investigation of SameAspects of the Photodegradation of Plasticized PVC, J. PolymSei.: Polym. Chem. Ed., 21, 1983, p. 1491 - 1504

Wirth H.O., H. Andreas (1977). The stabilization of PVC againstheat and light, Pure & Appl. Chem. 49, 1977, p. 627 - 648

tno-industrie - cob...van weekmaker uit pvc-p naar de omgeving plaats kan vinden. verder is nagegaan...

Documents