TY - JOUR A1 - Mair, Georg A1 - Becker, B. A1 - Gesell, Stephan A1 - Wang, Bin T1 - Monte-Carlo-analysis of minimum load cycle requirements for composite cylinders for hydrogen JF - International Journal of Hydrogen Energy N2 - Hydrogen is an attractive energy carrier that requires high effort for safe storage. For ensuring safety, storage cylinders must undergo a challenging approval process. Relevant standards and regulations for composite cylinders used for the transport of hydrogen and for its onboard storage are currently based on deterministic (e.g. ISO 11119-3) or to some respect semi-probabilistic criteria (UN GTR No. 13; with respect to burst strength). This paper provides a systematic analysis of the load cycle properties resulting from these regulations and standards. Their characteristics are compared with the probabilistic approach of the Federal Institute for Materials Research and Testing BAM. The most important aspect of comparing different concepts is the rate for accepting designs with potentially unsafe or critical safety properties. This acceptance rate is analysed by operating Monte-Carlo simulations over the available range of production properties. T2 - ICHS 2017 CY - Hamburg, Germany DA - 11.09.2017 KW - Safety assessment KW - Failure rate KW - Ageing KW - Degradation KW - End of life KW - Production scatter PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.09.185 SN - 0360-3199 VL - 44 IS - 17 SP - 8833 EP - 8841 PB - Elsevier Ltd AN - OPUS4-46341 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Panne, Ulrich A1 - Braun, Ulrike A1 - Schartel, Bernhard A1 - Weidner, Steffen A1 - Rurack, Knut A1 - Thünemann, Andreas A1 - Sturm, Heinz T1 - Polymerwissenschaften@BAM - Sicherheit macht Märkte N2 - Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) ist eine Ressortforschungseinrichtung, die zum Schutz von Mensch, Umwelt und Sachgüter, forscht, prüft und berät. Im Fokus aller Tätigkeiten in der Materialwissenschaft, der Werkstofftechnik und der Chemie steht dabei die technische Sicherheit von Produkten und Prozessen. Dazu werden Substanzen, Werkstoffe, Bauteile, Komponenten und Anlagen sowie natürliche und technische Systeme erforscht und auf sicheren Umgang oder Betrieb geprüft und bewertet. Schwerpunkt des Vortrages sind multimodale Polymeranalytik, nanoskalige Sensormaterialien und die Charakterisierung von technischen Eigenschaften von Polymeren sowie ihre Alterung und Umweltrelevanz. T2 - Institutsvortrag CY - Fraunhofer IAP, Potsdam, Germany DA - 18.05.2018 KW - Polymerwissenschaften PY - 2018 AN - OPUS4-45243 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Mueller, Axel A1 - Becker, Roland A1 - Dorgerloh, Ute A1 - Simon, Franz-Georg A1 - Braun, Ulrike T1 - The effect of polymer aging on the uptake of fuel aromatics and ethers by microplastics JF - Environmental Pollution N2 - Microplastics are increasingly entering marine, limnic and terrestrial ecosystems worldwide, where they sorb hydrophobic organic contaminants. Here, the sorption behavior of the fuel-related water contaminants benzene, toluene, ethyl benzene and xylene (BTEX) and four tertiary butyl ethers to virgin and via UV radiation aged polypropylene (PP) and polystyrene (PS) pellets was investigated. Changes in material properties due to aging were recorded using appropriate polymer characterization methods, such as differential scanning calorimetry, Fourier transform infrared spectroscopy, gel permeation chromatography, X-ray photoelectron spectroscopy, and microscopy. Pellets were exposed to water containing BTEX and the ethers at 130-190 mg/L for up to two weeks. Aqueous sorbate concentrations were determined by headspace gas chromatography. Sorption to the polymers was correlated with the sorbate's Kow and was significant for BTEX and marginal for the ethers. Due to substantially lower glass transition temperatures, PP showed higher sorption than PS. Aging had no effect on the sorption behavior of PP. PS sorbed less BTEX after aging due to an oxidized surface layer. KW - BTEX KW - Polypropylene KW - Polystyrene KW - Sorption KW - Degradation PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1016/j.envpol.2018.04.127 SN - 0269-7491 VL - 240 SP - 639 EP - 646 PB - Elsevier CY - Amsterdam AN - OPUS4-44990 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wander, Lukas A1 - Braun, Ulrike A1 - Becker, Roland A1 - Maiwald, Michael A1 - Paul, Andrea T1 - Mikroplastikanalyse: Nahinfrarotspektroskopie und chemometrische Auswertung N2 - Für die Erfassung der Verbreitung von Mikroplastik (MP) in der Umwelt ist die zeit- und kostenaufwendige Analysestrategie und der damit verbundene geringe Probendurchsatz eine limitierende Größe. Eine große Zahl verschiedener Studien dokumentriet das Auftreten von MP über den gesamten Globus. Meist sind die Studien aufgrund des großen analytischen Aufwands auf exemplarische, stichpunktartige Untersuchungen kleiner Umweltaliquoten und zahlenmäßig kleiner Probenumfänge begrenzt. Um die Verbreitung, die Eintragspfade und den Verbleib von MP in der Umwelt besser zu verstehen und effektive Vermeidungsstrategien abzuleiten, ist es jedoch notwendig, analytisch mehr Proben erfassen zu können. Bildgebende mikro-spektroskopische Methoden wie das Raman- und FTIR-Imaging ermöglichen eine zeitaufwendige, umfassende Charakterisierung kleiner Umweltaliquoten. Neben der Partikelanzahl sind zusätzlich Informationen zu Partikelgröße, Größenverteilung und Oberflächenmorphologie zugänglich. Chemische und thermische Extraktionsverfahren sind bereits deutlich schneller und können diese Informationen durch eine Massenbilanz vervollständigen. Die analysierbare Probenmenge ist jedoch auf Milligramm Mengen beschränkt. Wir schlagen daher vor, die Analyse von Proben auf MP durch ein vorangestelltes Screening mit der Nahinfrarot-Spektroskopie (NIRS) zur komplementieren. In diesem wird bereits eine erste Einschätzung über die Präsenz von MP in einer Probe gefällt und dadurch die wertvolle Messzeit anderer Methoden effizienter genutzt. NIR zur Analyse von Polymeren wird seit langem eingesetzt, jedoch bisher lediglich im Rahmen einer Studie zur Mikroplastikuntersuchung mittels Hyperspektraler Bildgebung beschrieben. Der NIR Spektralbereich findet sich zwischen dem sichtbaren Licht und dem mittleren Infrarot (MIR). MIR Spektren sind durch klar definierte Banden charakterisiert, welche mehrheitlich von den Grundschwingungen der Moleküle stammen. Die höheren Energien im nahen Infrarot regen hingegen Kombinations- und Oberschwingungen der Streck und Biegeschwingungen an. Die resultierenden Absorptionsbanden sind oft breit und relativ unspezifisch. Erst mit Hilfe einer computergestützten Datenauswertung lassen sich aus diesen Spektren nützliche Informationen gewinnen. Dies erklärt die steigende Popularität der NIR-Spektroskopie in der jüngeren Vergangenheit mit einem Schwerpunkt als prozessanalytische Methode. NIR Spektrometer für das industrielle Prozessmonitoring zeichnen sich durch eine kompakte und robuste Konstruktionsweise aus. Die verfügbaren faseroptischen Reflexionssonden eignen sich gut um pulverförmige Proben zu untersuchen. Der räumlich erfassbare Messbereich kann durch die Sondengeometrie variiert werden. Sind die untersuchten Partikel im Verhältnis zur abgetasteten Fläche klein, wird als spektrale Information die Summe der Absorption aller Partikel im Sichtfeld erfasst. Die Methode ist deshalb nicht für Detailuntersuchungen von MP geeignet, erlaubt es jedoch innerhalb weniger Minuten eine Einschätzung über das Vorkommen von Mikroplastik in einer Probe zu treffen. Exemplarisch wurden für diese Untersuchungen vier der am weitesten verbreiteten Kunststoffe Polyethylen (PE), Polyethylenterephthalat (PET), Polypropylen (PP) und Polystyrol (PS) gewählt. Aus den additivfreien Polymeren wurden nach einer Kryo-vermahlung und anschließender Siebung (< 125 µm) Modellproben generiert. Die Polymere wurden dafür zu einem Massenanteil von 1 % mit einem Standardboden (LUFA2.3, gesiebt < 125 µm) vermischt. Die Gesamtmenge von 1 g je Probe wurde in Aluminiumbehältern präpariert und 8 Messungen an unterschiedlichen, zufällig gewählten Positionen vorgenommen. Die erhaltenen Spektren wurden zur Kalibrierung chemometrischer Modelle genutzt. In einem hierarchischen Ansatz wurde anhand der NIR-Spektren eine Klassifizierung vorgenommen: 1. Bestimmung ob eine Probe MP enthält (Ja/Nein). 2. Identifikation der Polymere in der Probe. Eine aussagekräftige Klassifizierung beruht auf einer Vorbehandlung der Spektren. Hierdurch werden die Unterschiede zwischen den einzelnen Polymerbanden hervorgehoben. Die Eignung der so erstellten Modelle wurde anhand eines Referenzmaterials und am Beispiel von Realproben erfolgreich getestet. Dabei zeigte sich, dass nicht nur in den erstellten Polymer-Bodenmischungen, sondern auch in den Rückständen von fermentiertem Bioabfall und in Filterrückständen einer Waschmaschine, MP richtig erkannt wurde. Weiterhin zeigten Tests mit Mikroplastik-freien Bodenproben unterschiedlicher Herkunft, dass keine falsch-positive Resultate erzeugt wurden. Alle vier untersuchten Polymere, d.h. PE, PET, PS und PP mit einem Massenanteil von 1 % in einer Bodenmatrix werden auch bei einer gemischten Polymerzusammensetzung mit der NIR-Spektroskopie erkannt. Der kombinierte Einsatz von NIRS und Chemometrie ermöglicht die Entscheidung über ein potenzielles Vorkommen sowie die Zuordnung des Materials der enthaltenen Polymerpartikel für eine Massefraktion ≥ 1 % in einer (trockenen) Probenmenge von 1 g innerhalb von 10–15 min. Der zeitaufwendige Schritt der Methode liegt hier in der Erstellung geeigneter chemometrischer Modelle sowie deren Validierung. Wesentliche Voraussetzung ist dabei, dass bei der Kalibrierung die Varianz der zu erwartenden Partikel und der Matrix realistisch abgebildet wird. T2 - GDCh Jahrestagung der Wasserchemischen Gesellschaft CY - Papenburg, Ems, Germany DA - 07.05.2018 KW - Mikroplastik KW - Nahinfrarotspektroskopie KW - Chemometrie KW - Boden PY - 2018 AN - OPUS4-44887 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Paul, Andrea A1 - Wander, Lukas A1 - Becker, Roland A1 - Goedecke, Caroline A1 - Braun, Ulrike T1 - High-throughput NIR spectroscopic (NIRS) detection of microplastics in soil JF - Environmental Science and Pollution Research N2 - The increasing pollution of terrestrial and aquatic ecosystems with plastic debris leads to the accumulation of microscopic plastic particles of still unknown amount. To monitor the degree of contamination analytical methods are urgently needed, which help to quantify microplastics (MP). Currently, time-costly purified materials enriched on filters are investigated both by micro-infrared spectroscopy and/or micro-Raman. Although yielding precise results, these techniques are time consuming, and are restricted to the analysis of a small part of the sample in the order of few micrograms. To overcome these problems, here we tested a macroscopic dimensioned NIR process-spectroscopic method in combination with chemometrics. For calibration, artificial MP/soil mixtures containing defined ratios of polyethylene, polyethylene terephthalate, polypropylene, and polystyrene with diameters < 125 µm were prepared and measured by a process FT-NIR spectrometer equipped with a fiber optic reflection probe. The resulting spectra were processed by chemometric models including support vector machine regression (SVR), and partial least squares discriminant analysis (PLS-DA). Validation of models by MP mixtures, MP-free soils and real-world samples, e.g. and fermenter residue, suggest a reliable detection and a possible classification of MP at levels above 0.5 to 1.0 mass% depending on the polymer. The benefit of the combined NIRS chemometric approach lies in the rapid assessment whether soil contains MP, without any chemical pre-treatment. The method can be used with larger sample volumes and even allows for an online prediction and thus meets the demand of a high-throughput method. KW - Microplastics KW - Soil KW - Chemometrics KW - PLS-DA KW - Support vector machines KW - Near Infrared Spectroscopy PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1007/s11356-018-2180-2 SN - 1614-7499 SN - 0944-1344 VL - 26 IS - 8 SP - 7364 EP - 7374 PB - Springer AN - OPUS4-45405 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Usmani, Shirin A1 - Stephan, Ina A1 - Huebert, Thomas A1 - Kemnitz, E. T1 - Nano metal fluorides for wood protection against fungi JF - ACS Applied Nano Materials N2 - Wood treated with nano metal fluorides is found to resist fungal decay. Sol−gel synthesis was used to synthesize MgF2 and CaF2 nanoparticles. Electron microscopy images confirmed the localization of MgF2 and CaF2 nanoparticles in wood. Efficacy of nano metal fluoride-treated wood was tested against brown-rot fungi Coniophora puteana and Rhodonia placenta. Untreated wood specimens had higher mass losses (∼30%) compared to treated specimens, which had average mass loss of 2% against C. puteana and 14% against R. placenta, respectively. Nano metal fluorides provide a viable alternative to current wood preservatives. KW - Brown-rot fungi KW - Coniophora puteana KW - Fluoride nanoparticles KW - Fluorolytic sol−gel KW - Rhodonia placenta KW - SEM wood characterization KW - Wood protection PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1021/acsanm.8b00144 SN - 2574-0970 VL - 2018 SP - 1 EP - 6 PB - American Chemical Society (ACS) CY - Washington DC, US AN - OPUS4-44730 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CHAP A1 - Schmidt, Wolfram A1 - Ramirez Caro, Alejandra A1 - Sojref, Regine A1 - Mota Gassó, Berta ED - Greim, M. ED - Kusterle, W. ED - Teubert, O. T1 - Contribution of the coarse aggregates to rheology - effects of flow coefficient, particle size distribution, and volume fraction T2 - Rheologische Messungen an Baustoffen 2018 N2 - In order to observe the effect of the aggregate phases between 2 mm and 16 mm without overlap with rheological effects induced by the cement hy-dration and without interactions with a threshold fine sand particle size that affects both, paste and aggregates, rheological experiments were conducted on a limestone filler based paste mixed with aggregates up to 16 mm. Vari-ous aggregate fractions were blended and mixed with the replacement paste in different volumetric ratios. The dry aggregates’ flow coefficients were determined and compared to yield stress and plastic viscosity values at different aggregate volume fractions. The results indicated that the flow coefficient is not a suitable parameter to predict the performance of the aggregates in the paste. It was shown that the yield stress of pastes is largely determined by the blend of different aggregate fractions, while the plastic viscosity to large extend depends upon the coars-est aggregate fraction. Based on the results, ideal aggregate composition ranges for minimised yield stress are presented. For the plastic viscosity no such grading curves to achieve minimum values could be found, but high viscosity curves are identified. KW - Rheology KW - Flow Coefficient KW - Particle Size Distribution KW - Volume Fraction KW - Cement KW - Concrete KW - Reference Material KW - Limestone Filler PY - 2018 SN - 978-3-7469-1878-5 SP - 96 EP - 108 PB - tredition GmbH CY - Hamburg AN - OPUS4-44434 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Altenburg, Simon A1 - Maierhofer, Christiane A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Mohr, Gunther A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Straße, Anne A1 - Pittner, Andreas A1 - Günster, Jens A1 - Gornushkin, Igor B. A1 - Pelkner, Matthias A1 - Ehlers, Henrik A1 - Heckel, Thomas A1 - Zscherpel, Uwe A1 - Seeger, Stefan A1 - Bruno, Giovanni T1 - ProMoAM - Verfahrensentwicklung für das Prozessmonitoring in der additiven Fertigung N2 - Verfahren zum in-situ Monitoring der Prozess- und Bauteilparameter sollen Fehlstellen und Inhomogenitäten bereits während der Fertigung nachweisen und zukünftig auch die Regelung der Prozessparameter ermöglichen. T2 - Challenges in Additive Manufacturing: Innovative Materials and Quality Control, Berlin Partner Workshop CY - Berlin, Germany DA - 12.09.2018 KW - Additive Fertigung KW - Prozessmonitoring KW - ProMoAM PY - 2018 AN - OPUS4-46300 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -