Osmose entzaubern

„Das böse O- Wort… „

Osmose, das Wort das jedem (GFK) Bootseigner die Haare zu Berge stehen lässt. Eigentlich wollte ich ja keinen weiteren Osmosebeitrag leisten und somit die durch IT verursachten Emissionen fördern. Aber es gibt zu dem Thema offenbar noch viele Missverständnisse die ich hier gerne erörtern möchte. Dabei bin ich mir bewusst, dass ich mir da an der ein oder anderen Stelle vielleicht ein blaues Auge holen werde. Ich versuche an das Thema mit meiner vielgepriesenen Logikmethode heranzugehen und habe dazu keine Lehrbücher zur Hand gehabt.  Die gute Nachricht ist erstmal, dass Osmose an GFK Bauteilen bereits restlos erforscht ist und somit zahllose, gute Informationsquellen vorhanden sind.

Hier eine Auswahl:

http://www.zdiarstek.de/kunststoff/osmose.htm

http://www.rolfgilles.de/osmose.html  

Auch renommierte Sanierungsbetriebe halten gute Informationen vor:

http://www.yachtlackierung.de/osmose/os/

Die schlechte Nachricht ist, dass eben auch diese Sanierungsbetriebe nicht mit den Informationen vorhalten, da sie denke ich auch genau wissen wie hoch der Aufwand ist so eine Sanierung in Eigenleistung durchzuführen. Selten sind dazu die Möglichkeiten gegeben wie sie so ein Fachbetrieb anbieten kann und auch die Preise die hierfür verlangt werden sind durchaus gerechtfertigt. 

Bei unserem Boot (25 Ft.) kann man davon ausgehen, dass je nach schwere des Schadens ca. 5000 Euro für eine professionell gemachte Osmosesanierung fällig werden. Hinzu kommen Kosten für den Hin und Rücktransport.

Die richtige Beurteilung des Schadens ist dabei maßgeblich bei der Entscheidungsfindung was zu tun ist. Einen schweren Osmoseschaden der bereits zur Blasenbildung über den gesamten Rumpf geführt und viele tiefgehende Beschädigungen hervorgerufen hat würde ich NICHT selbst sanieren sondern ganz klar machen lassen, da mir einfach die Räumlichkeiten und die Möglichkeiten für eine angemessene Behandlung des Schadens fehlen.  

Um den Schaden überhaupt beurteilen zu können muss man erstmal seinen Feind kennenlernen.

„Osmose“, das klingt bereits wie eine unheilbare Krankheit. Ein gutes Wort und man kann damit Geld verdienen, viel Geld, ja ganze Industriezweige leben davon. Uns hat die Entdeckung der Osmoseschäden an unserem Boot auch in einen Schockzustand versetzt und irgendwie hatte die Recherche zum Thema was von Krankheiten googeln.

Wir dachten ja das man Osmose mit bloßem Auge erkennt und haben so auch die Boote begutachtet die wir uns vor unserm jetzigen Kauf angeschaut haben. An unserem Boot haben wir das erst bei der Entfernung des Antifoulings entdeckt und das auch eher durch Zufall, da wir zuerst dachten, dass die Punkte die im VC- Tar Anstrich zu sehen waren nur ein Indiz dafür sind, dass an diesen Stellen der Anstrich eben sehr dünn ist. Das ist er auch, aber dennoch handelt es sich dabei bereits um leicht erhabene Stellen die durch das Abschaben des AF`s zuerst „geköpft“ wurden. Wie man sieht sind diese Stellen bereits aufgestochen und es trat teilweise die bekannte, nach Essig riechende Flüssigkeit aus.

Und so siehts aus:

Das erste was ich über Osmose (u.a. unter o.g. Links) gelernt habe ist vielleicht etwas spitzfindig, aber wie ich finde auch hilfreich. Was die Bilder zeigen ist keine Osmose! Es sind Osmoseschäden!

Das klingt doch schon viel besser, so wie Anlegeschäden, oder fiese Schramme. Hören wir also erstmal auf den Begriff Osmose zweckzuentfremden. Das wird m.E. bereits genug getan um arme Bootseigner in Angst und Schrecken zu versetzen. Die Osmose an sich beschreibt erstmal nur einen Prozess, nämlich die Diffusion von Wasser durch eine halbdurchlässige (semipermeable) Membran. Die Membran bildet hier das GelCoat.

Aha halbdurchlässig also… Warum ist das so?

Um das zu verstehen muss man sich mit der Herstellung von Verbundwerkstoffen, in unserem Fall also dem GFK und unserem Feind, dem Wasser auseinandersetzen.  Zumindest hier habe ich einen Heimvorteil, da ich bereits GFK  und CFK Teile hobbymäßig hergestellt habe. Und nein, wasserscheu bin ich auch nicht 😉 GFK Boote werden seit Mitte der 50er Jahre hergestellt, vornehmlich aus Polyester.  Polyester deshalb weil es zu diesem Zeitpunkt günstiger zu haben war und bei den damals bereits verfügbaren Epoxiedharzsystemen eine Wärmebehandlung (Tempern) zum Erreichen ihrer Endfestigkeit erforderlich war. Das ist heute zumindest bei den Hochleistungs Epoxiedharzsystemen, wie sie z.B. in der Luftfahrt zum Einsatz kommen, immer noch so. Seinerzeit kam Epoxy GFK eher bei der Herstellung von Platinen zum Einsatz. Die wirklich guten Epoxysysteme wurden erst viel später entwickelt und erreichen heute auch ohne Tempern enorm hohe Festigkeiten.

Am Anfang steht in beiden Fällen die Negativform des herzustellenden Werkstücks. Dieses wird zuerst auf der zu laminierenden Seite mehrwach gewachst und poliert. Dies dient zum einen dem Ausgleich der letzten feinen Unebenheiten und erleichtert zudem das spätere Entformen. Auf die gewachste Oberfläche folgt ein Trennlack. Dieser verhindert die Anhaftung des dann folgenden Harz an der Form und ermöglicht schlussendlich die abschließende Entformung.

Jetzt wird das GelCoat in die Form gebracht.

Ein GelCoat ist nichts anderes als ein mit Farbpigmenten versehenes Harz. Dieses lässt man in der Form anziehen bis es etwas klebriger als die Klebefläche eines Tesastreifens ist. Darauf wird dann laminiert, also Harz, dann die Matte und die Luft rausgestrichen usw. bis die gewünschte Materialstärke erreicht ist.

So funktioniert das bis heute zumindest im Handauflegeverfahren. Im Anschluss wird das Werkstück ggf. in einen Vakuum verpackt (in der Regel ein Plastiksack dem die Luft entzogen wird) um so viel Luft wie möglich aus dem Laminat zu holen und die Formbeständigkeit während der Aushärtung sicherzustellen.

Polyesterharz reagiert mit dem Trägermaterial chemisch und stellt so eine Verbindung her. Daher erfordern Polyestersysteme auch geignete Glasgelege mit dem betreffenden Trägermaterial, welches vom Polyesterharz angelöst wird. Epoxy stellt eine rein mechanische Verbindung her weshalb es heute auch erste Wahl bei Reparaturen an GFK Materialien ist und auch auf Polyester besser anhaftet als ein Polyesterharz selbst das könnte. Das liegt auch daran, dass Epoxy eine höhere Fließfähigkeit als Polyester besitzt und somit auch in die letzte Ritze dringt.

Heute weiß man, dass GFK Laminate dazu in der Lage sind Wasser aufzunehmen. Das liegt daran, dass das Laminat in seiner Gesamtheit ein Glasfaden durchzogenes Konstrukt darstellt, welches durch nicht oder zu wening harzgetränktes Material eine Art Schwamm bildet. Die Gratwanderung aus maximaler Stabilität und Gewicht ist im GFK Bau die optimale Harzdurchtränkung des Geleges bei maximalem Glasanteil. Weiterhin muss bei der Verwendung von Polyester beachtet werden, dass die Abbindung von Harz und Trägermaterial ausgeglichen ist. 100% sicher wird dies nie der Fall sein. Hier entstehen die Bereiche wo später unser Wasser wirken kann. Zu allem Überfluss ist das Trägermaterial des Glasgeleges auch noch wasserlöslich und bildet mit Wasser eine säureartige, nach Essig riechende Flüssigkeit die dann für weiteren Schaden sorgt.

Ist dann GFK nicht ein gänzlich ungeeignetes Schiffsbaumaterial?

Das möchte ich mit einer Gegenfrage beantworten. Welches Material ist denn geeignet?

Es gibt kein Material das einer dauerhaften Belastung durch Wasser standhält. Es ist nur eine Frage der Zeit! Selbst Edelstahl ist irgendwann nur noch ein Häufchen korrodiertes etwas, auch wenn das sehr lange dauert. Die ältesten Boote die heute noch schwimmen bestehen aus Holz. Das liegt m.E. daran, dass wir nunmal am längsten Boote aus Holz bauen und man diese perfekt reparieren kann. Eine defekte Planke kann komplett auf ganzer Länge ausgetauscht werden. Dies kann man so lange wiederholen bis am Ende ein komplett neuer Rumpf dasteht, ohne das die Stabilität beeinträchtigt wird. Bei GFK verhält es sich ähnlich, nur das es sich leichter reparieren lässt, billiger ist und man zu allem Überfluss auch kein Bootsbaumeister dazu sein muss.

Wir reden bei Osmoseschäden also eher wie weiter oben schon erwähnt über eine Art Verschleiß durch Wassereinwirkung. Wasser wollen wir eigentlich draußenhalten und hatten dafür ursprünglich eine GelCoat Schicht vorgesehen. Das war in der Theorie hübsch gedacht, wie so oft hat die Praxis etwas anderes gezeigt. Ein Polyester GelCoat ist Wasser aber nicht dampfdicht und da Wasser verdunstet haben wir hier  ein Problem. Je geringer die Dichte des Wassers desto mehr verdunstet es. Die Dichte von Wasser verändert sich mit seiner Temperatur. Je kälter es ist, desto dichter wird es und andersherum. Daher wird Osmose an GFK Rümpfen in wärmeren Gewässern begünstigt. Salzwasser erhöht wiederum die Wasserdichte und wirkt sich ungünstiger auf Osmose und die Entsehung derer Schäden aus.

Wenn das mit dem GelCoat nun nicht so funktioniert wie gedacht, warum verwenden wir es denn überhaupt? Und warum ist es denn halbdurchlässig (semipermeabel)?

Diese Frage wird häufig damit beantwortet, dass einzig die Schichtdicke des GelCoats ausschlaggebend ist. Wenn also Wasserdampf durchdringen kann ist es schlicht zu dünn und die lieben Bootshersteller liefern heute auch Boote mit höheren Schichtstärken aus. So heißt es. 

Halbdurchlässig ist es durch seine Beschaffenheit, ebenso wie das GFK Material hinter dem GelCoat. Das heißt sein Gitter, oder seine Poren sind kleiner als das Wassermolekül im flüssigen Agregatzustand. Ist dieses gasförmig sieht es wieder anders aus. Begünstigt wird dies womöglich auch durch die im GelCoat enthaltenen Farbpigmente. Um der Logik zu folgen kann man auch sagen, dass ein Polyester GelCoat schlicht seinen Zweck nicht erfüllt. Oder ist der Zweck vielleicht ein anderer?

In anderen Bereichen wird ein GelCoat nur aufgebracht weil es gut aussieht. Ansonsten ist es z.B. im Rennsport nicht erwünscht, weil es überflüssiges Gewicht darstellt. Besteht die Möglichkeit, dass dies vielleicht auch der Fall bei unseren GFK Booten ist? Ein Boot das gut aussieht lässt sich schließlich auch besser verkaufen und wir pinseln nachher eh einen Epoxy Anstrich drauf.

Epoxiedharze sind im Vergleich wesentlich diffusionsdichter.

Warum verwendet man kein Epoxy als GelCoat? 

Weil man dann das gesamte Schiff aus Epoxy bauen müsste, oder das GelCoat nachträglich aufbringen und aufwändig finishen (schleifen und polieren) müsste. Dazu sei aber gesagt, dass überwiegend alle am Markt erhältlichen 2K Osmoseschutzsysteme (Wasserdampfsperren) auf 2K Epoxiedharzen basieren. Nicht zuletzt aufgrund der verfügbaren Qualität an Epoxy Schutzanstrichen verringert sich die Häufung von Osmoseschäden.

Und warum baut man dann keine Epoxy Boote?

Die GFK Boot Industrie hat sich über viele Jahre entwickelt, basierend auf den beschriebenen Polyestersystemen. Die Herstellung von Epoxy Booten dauert länger, ist aufwändiger, man muss sein Personal schulen und seine Produktionsstätten anpassen kurz es ist richtig teuer. Es gibt aber Hersteller die es zumindest versucht haben (z.B. Najad) und damit beinahe im Fiasko geendet wären. Heutzutage werden nur Rennyachten und vielleicht einzelne Werftbauten in Epoxy gebaut, ansonsten finden wir nach wie vor überwiegend Polyesterboote. Zum Teil auch nicht laminiert, sondern im Spritzverfahren hergestellt.

Nun stehen wir vor einem weiteren Problem. Schaut man sich mal auf den Gewässern so um wird man schnell feststellen das der Anteil der Neuyachten die Minderheit ausmacht. Klar, das liegt auch daran, dass ein neues Boot mindestens zehnmal so teuer wie ein altes ist und in St. Tropez ist das Bild vielleicht auch ein anderes, aber grundsätzlich ist das schon ein Problem. Die Joghurtbecher halten einfach zu lange! Schaue ich mir unser 35 Jahre altes Boot an und begutachte die paar Osmoseschäden mit dem jetzigen Wissen nochmal, ist das verglichen mit der Arbeit die ich jetzt in ein Holz oder Stahlboot stecken müsste harmlos. Ich mutmaße hier, dass die Bootsindustrie sogar begrüßt, dass unsere Boote wenigstens ein bisschen kaputt gehen. Immerhin lebt mittlerweile auch eine ganze Industrie von Osmoseschäden. In anderen Bereichen nehmen wir das ja auch billigend in Kauf. Alles was wir der Umwelt aussetzen zerfällt mehr oder weniger schnell, nur unsere GFK Eimer wollen einfach nicht untergehen.  

Alles klar, das ist jetzt natürlich eine Mutmaßung aber durchaus auch logisch.

Kommen wir zurück auf unsere Osmose.

Wasser verdunstet an der Oberfläche richtig? Und das bildet unser Unterwasserschiff unter Wasser, eine Oberfläche. Findet der Wasserdampf nun einen Weg durch das GelCoat und stößt dahinter auf fertigungsbedingte Hohlräume, wird er dort wieder zu Wasser kondensieren. Ach ja,- exakt hier ist die Osmose auch schon beendet!

Der eigentliche Schaden entseht jetzt erst durch das was Wasser, wie weiter oben gelernt, mit unserem Polyesterlaminat anrichten kann. Überflüssigerweise gesellt sich ein weiterer physikalischer Effekt hinzu. Unser Wasser was jetzt auch noch Bestandteile unseres Trägermaterials gelöst hat weist dadurch eine höhere Dichte als das Wasser jenseits des GelCoats auf. Da Flüssigkeiten höherer Dichte die Eigenart haben sich mit Flüssigkeiten geringerer Dichte zu verdünnen (Diffusion) wird der Osmoseprozess beschleunigt. Die Flüssigkeit höherer Dichte kann nicht entweichen, da es von Flüssigkeit geringerer Dichte (dem Wasser ausserhalb des Rumpfs) umgeben ist. Somit funktioniert das nur in eine Richtung. Die „dicke“ Flüssigkeit zieht das kondensierte Wasser quasi an, verdünnt sich und löst weitere Bestandteile aus den Teilen des nicht 100% abgebundenen Trägermaterials. Diese sich vermehrende Flüssigkeit muss irgendwohin, schafft sich seinen Raum durch Expansion und da sie nicht komprimierbar ist verursacht sie den eigentlichen Osmoseschaden. Die gefürchteten Blasen entstehen. Die Kräfte die dabei entsehen sind enorm und können mehrere Schichten Glasgelege gleichzeitig sprengen.

Daher bitte auch immer eine Schutzbrille beim Aufstechen solcher Blasen tragen. Der Druck mit dem die Flüssigkeit entweicht kann sehr hoch sein und einen mit Leichtigkeit in die Augen treffen.

Nehmen wir unser Boot jetzt aus dem Wasser ist der Osmoseprozess und damit zumindest die physikalische Osmoseschädigung sofort beendet. Der chemische Zersetzungsprozess geht solange weiter wie sich Flüssigkeit im Rumpf befindet und deshalb muss sie raus. 

Die Behandlung ist dabei immer gleich, das GelCoat kommt ab, die Schäden werden ausgeschliffen oder sandgestrahlt und nach der Austrocknung des Laminats wird das Unterwasserschiff neu aufgebaut. Das kann auch bedeuten, dass zur Stabilisierung neues Glasgelege und/ oder Gewebe aufgebracht wird, mit Epoxy versteht sich.

Mit diesem und dem erlernten Wissen versuche ich nun meine Osmoseschäden zu beurteilen.

Und damit bin ich am Ende des Entzauberns angekommen. Ich hoffe ich konnte meinen Beitrag zu „Osmose verstehen“ leisten und freue mich wie immer über Eure Anregungen, Kommentare und Korrekturen.