TY - THES

T1 - Kunststoffrohre für Erdölanwendungen - Charakterisierung von Permeations- und Werkstoffeigenschaften

AU - Mach, Michael

N1 - gesperrt bis null

PY - 2010

Y1 - 2010

N2 - Für Rohranwendungen zur Erdölförderung spielen die im Erdöl enthaltenen flüchtigen organischen Verbindungen ("volatile organic compounds" - VOC) eine zentrale Rolle. Zu diesen Verbindungen zählen die aromatischen Kohlenwasserstoffe Benzol, Toluol, Ethylbenzol und Xylol (kurz: BTEX). Sie sind toxisch, ihr Entweichen und die damit einhergehende Kontamination von Boden und Grundwasser sind unbedingt zu vermeiden. Im Falle von metallischen Rohren ist dies aufgrund von Korrosion nicht garantierbar. Polymere Werkstoffe sind korrosionsbeständig, allerdings ist das Entweichen von organischen Verbindungen aufgrund von Permeation durch polymere Materialien möglich. Die vorliegende Masterarbeit verfolgt daher das Ziel, die Permeabilitätseigenschaften von Kunststoffen umfassend zu betrachten. Nach einer Literaturstudie wurden unterschiedliche polymere Rohrwerkstoffe sowie alternative permeationsdichtere Kunststoffe für Untersuchungen ausgewählt. Die Permeationsmessungen wurden mit Hilfe einer vom ofi (Österreichisches Forschungsinstitut, Wien, A) entwickelten Permeationsmesszelle durchgeführt. Mit dieser Zelle können die Permeationskoeffizienten von BTEX durch dünne Kunststofffolien sehr rasch und gefahrlos ermittelt werden. Desweiteren wurden Auslagerungsversuche in Toluol als ausgewähltem Vertreter der BTEX durchgeführt und der Medieneinfluss auf die werkstoffspezifischen Eigenschaften in einer werkstoffkundlichen Charakterisierung ermittelt. Zu den eingesetzten Prüfmethoden zählten Infrarotspektroskopie (IR), Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC), Dynamisch-Mechanische Analyse (DMA) sowie Folienzugversuche. Die Ergebnisse erlauben grundlegende, vergleichende Aussagen über die Permeationseigenschaften der Materialien. Es konnten deutliche Unterschiede in den Permeationseigenschaften der unterschiedlichen Materialien gefunden werden. Die Ergebnisse zeigen das breite Materialspektrum von durchlässigen Kunststoffen (HDPE, PA6) über permeationsdichtere Materialien (PPS, ECTFE) hinzu Barrierematerialien (PA12, PBT, PVDF). Der Einfluss der Auslagerung in Toluol wird in den Veränderungen der Materialeigenschaften deutlich, wobei die Masseaufnahme der einzelnen Polymere stark unterschiedlich ist. Im Gegensatz zu EVOH, HDPE und PA6 (unter 1 % Masseaufnahme) konnte bei ECTFE rund 3,5 % Masseaufnahme gemessen werden. An einem Rohrmaterial (Polyphenylensulfid PPS) lag die Masseaufnahme über 10% nach einer Auslagerungszeit von zwei Wochen. Bei diesem Material war der Abfall der mechanischen Eigenschaften im Vergleich zu den anderen Materialien auch am stärksten zu beobachten.

AB - Für Rohranwendungen zur Erdölförderung spielen die im Erdöl enthaltenen flüchtigen organischen Verbindungen ("volatile organic compounds" - VOC) eine zentrale Rolle. Zu diesen Verbindungen zählen die aromatischen Kohlenwasserstoffe Benzol, Toluol, Ethylbenzol und Xylol (kurz: BTEX). Sie sind toxisch, ihr Entweichen und die damit einhergehende Kontamination von Boden und Grundwasser sind unbedingt zu vermeiden. Im Falle von metallischen Rohren ist dies aufgrund von Korrosion nicht garantierbar. Polymere Werkstoffe sind korrosionsbeständig, allerdings ist das Entweichen von organischen Verbindungen aufgrund von Permeation durch polymere Materialien möglich. Die vorliegende Masterarbeit verfolgt daher das Ziel, die Permeabilitätseigenschaften von Kunststoffen umfassend zu betrachten. Nach einer Literaturstudie wurden unterschiedliche polymere Rohrwerkstoffe sowie alternative permeationsdichtere Kunststoffe für Untersuchungen ausgewählt. Die Permeationsmessungen wurden mit Hilfe einer vom ofi (Österreichisches Forschungsinstitut, Wien, A) entwickelten Permeationsmesszelle durchgeführt. Mit dieser Zelle können die Permeationskoeffizienten von BTEX durch dünne Kunststofffolien sehr rasch und gefahrlos ermittelt werden. Desweiteren wurden Auslagerungsversuche in Toluol als ausgewähltem Vertreter der BTEX durchgeführt und der Medieneinfluss auf die werkstoffspezifischen Eigenschaften in einer werkstoffkundlichen Charakterisierung ermittelt. Zu den eingesetzten Prüfmethoden zählten Infrarotspektroskopie (IR), Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC), Dynamisch-Mechanische Analyse (DMA) sowie Folienzugversuche. Die Ergebnisse erlauben grundlegende, vergleichende Aussagen über die Permeationseigenschaften der Materialien. Es konnten deutliche Unterschiede in den Permeationseigenschaften der unterschiedlichen Materialien gefunden werden. Die Ergebnisse zeigen das breite Materialspektrum von durchlässigen Kunststoffen (HDPE, PA6) über permeationsdichtere Materialien (PPS, ECTFE) hinzu Barrierematerialien (PA12, PBT, PVDF). Der Einfluss der Auslagerung in Toluol wird in den Veränderungen der Materialeigenschaften deutlich, wobei die Masseaufnahme der einzelnen Polymere stark unterschiedlich ist. Im Gegensatz zu EVOH, HDPE und PA6 (unter 1 % Masseaufnahme) konnte bei ECTFE rund 3,5 % Masseaufnahme gemessen werden. An einem Rohrmaterial (Polyphenylensulfid PPS) lag die Masseaufnahme über 10% nach einer Auslagerungszeit von zwei Wochen. Bei diesem Material war der Abfall der mechanischen Eigenschaften im Vergleich zu den anderen Materialien auch am stärksten zu beobachten.

KW - Permeation BTEX VOC Toluol Erdölanwendung

KW - Polymers Permeation BTEX volatile organic compounds (VOC) toluene Plastic tubes

M3 - Masterarbeit

ER -