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- 4.1 Biologische Materialschädigung und Referenzorganismen (12)
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- 3 Gefahrgutumschließungen; Energiespeicher (2)
- 3.1 Sicherheit von Gefahrgutverpackungen und Batterien (2)
- 4.3 Schadstofftransfer und Umwelttechnologien (2)
- 1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien (1)
- 1.8 Umweltanalytik (1)
- 5 Werkstofftechnik (1)
- 5.1 Mikrostruktur Design und Degradation (1)
Eingeladener Vortrag
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Unterschiedliche Befeuchtungssysteme für Vitrinen, die die Ausstellungsobjekte bei definierter Luftfeuchtigkeit vor externen Einflüssen wie Staub bewahren sollen, wurden im Hinblick auf die Möglichkeit der potenziellen mikrobiologischen Kontamination untersucht. Ergänzend hierzu wurden Parameter wie pH-Wert und Leitfähigkeit des Wassers im Befeuchter untersucht und die mikrobiellen flüchtigen organischen Verbindungen (MVOC, microbial volatile organic compounds) in der Modellvitrine bestimmt. Die Leitfähigkeitsmessung kann als Indikator für den Verunreinigungsgrad des Wassers dienen, weil sie mit der mikrobiologischen Belastung korreliert. Weiterhin war eine mikrobiologische Belastung der Luft in der Modellvitrine auch bei relativ hoher Verunreinigung des Befeuchtungswassers nicht nachzuweisen.
Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde die biologische Prüfmethode der Checkliste zur stoffli-chen Bewertung im Rahmen des Aufnahmeverfahrens für weitere Topfkonservierungsmittel in den Anhang 1 zur Vergabegrundlage RAL-UZ102 „Emissionsarme Innenwandfarben“ überarbeitet. Der Test für den Einsatz von Konservierungsmitteln in seiner jetzigen Fassung besteht seit nahezu 20 Jah-ren und erfolgt ausschließlich an weißer Dispersionsfarbe für den Innenraum. Die hierbei ermittelten Höchstmengen für den Einsatz von Topfkonservierern werden z.Zt. auch auf andere Innenraumbau-produkte übertragen. Ziel war es zu klären, ob die Anforderungen an die Topfkonservierung bei Far-ben tatsächlich für andere Innenraumbauprodukte übernommen werden können. Die im Vorhaben durchgeführten Versuche deuten darauf hin, dass dies nicht ohne weiteres möglich ist. Nach Rückspra-che mit Vertretern aus der Industrie wurde das Keimspektrum für die Prüfung zudem um Hefe- und Schimmelpilze erweitert. Des Weiteren wurde eine künstliche Alterung eingeführt und überprüft, ob dies einen Einfluss auf den Gehalt an Isothiazolinonen hat. Die Konzentration von Isothialzolinonen wurde mittels Ultra-Hochleistungsflüssigkeitschromatographie kontrolliert und hinsichtlich einer Kor-relation mit dem Wachstum von Mikroorganismen ausgewertet. Da die in den Innenraumbauproduk-ten zugesetzten Isothiazolinone als Kontaktallergene bekannt sind, ist es ein Ziel des „Blauen Engel“-Umweltzeichens, die geringste erforderliche Menge an Konservierungsmittel in den Produkten zu ver-wenden, ohne die positive Auswirkung der Topfkonservierung zu gefährden. Daher sind die Optimie-rung der Leistungsstärke von Konservierungsmitteln und die Kontrolle der Hygiene im Herstellungs-prozess von zunehmender Bedeutung. Um Einblicke in den Herstellungsprozess von Farben zu gewin-nen, wurden im Rahmen des Vorhabens vier Farbwerke besichtigt, in denen weiße Innenraumfarben produziert werden, die mit dem Umweltzeichen „Blauer Engel“ ausgezeichnet sind. Gemeinsam mit den Fachleuten vor Ort wurde diskutiert, welche Maßnahmen zur Verbesserung der Werkshygiene er-griffen werden können, um den Einsatz von Topfkonservierern möglichst gering zu halten. Des Weite-ren wurde in dem Forschungsvorhaben untersucht, ob eine schnellere Bestimmung der Keimzahl in den Rohstoffen mittels quantitativer Polymerasekettenreaktion bereits im Farbwerk realisierbar ist.
The potential release of hazardous substances from polymer-based products is currently in the focus of environmental policy. Environmental simulations are applied to expose such products to selected aging conditions and to investigate release processes. Commonly applied aging exposure types such as solar and UV radiation in combination with water contact, corrosive gases, and soil contact as well as expected general effects on polymers and additional ingredients of polymer-based products are described. The release of substances is based on mass-transfer processes to the material surfaces. Experimental approaches to investigate transport processes that are caused by water contact are presented. For tailoring the tests, relevant aging exposure types and release quantification methods must be combined appropriately. Several studies on the release of hazardous substances such as metals, polyaromatic hydrocarbons, flame retardants, antioxidants, and carbon nanotubes from polymers are summarized exemplarily. Differences between natural and artificial exposure tests are discussed and demonstrated for the release of flame retardants from several polymers and for biocides from paints. Requirements and limitations to apply results from short-term artificial environmental exposure tests to predict long-term environmental behavior of polymers are presented.
Ursachen und Auswirkungen von Schimmel an zentralasiatischen Wandmalereien aus dem 5./6. Jh. n. Chr.
(2011)
Bereits bei der Entdeckung der zentralasiatischen Kultstätten gegen Ende des 19. Jh. durch zahlreiche Expeditionen waren Beschädigungen durch Schimmelpilze in situ festgestellt worden. Die von den deutschen Expeditionen in Zentralasien Vorgefundenen Kultstätten hatten unterschiedliche Erhaltungszustände.
Einige Höhlen waren komplett eingestürzt, verschüttet und mußten freigelegt werden. Bei anderen Höhlen waren die Vorhallen zerstört und es tropfte Wasser aus Deckenausbrüchen und Rissen im Felsgestein. Albert Grünwedel dokumentiert in seinem Buch „Kultstätten" auf S. 148 die Auffindung der sog. Malerhöhle (Höhle Nr. 17) und schreibt hierzu: „Diese alte und schöne Höhle war völlig durch eine Schlammrunse verschlossen und unsichtbar...
Als sie entdeckt wurde, waren die Wände dick mit Schimmel belegt. Da zu befürchten war, daß die Bilder abfallen würden, wurde nur eine kleine Öffnung gemacht, um der Luft Zutritt zu gewähren, da auch der Aufenthalt in der Höhle infolge des Geruchs der Pilze unmöglich war. Diese Öffnung wurde allmählich erweitert und als der Schimmelbeschlag getrocknet war, wurden die Wände mit chinesischem Branntwein gewaschen.
Dadurch fiel der aufgetrocknete Schimmel ab und es wurde möglich, sich in der Höhle aufzuhalten."
Untersuchung von Transport- und Schädigungsprozessen mittels lokal angeregter aktiver Thermografie
(2010)
Als schnelles und berührungsfreies Messverfahren kann die aktive
Thermografie auch in-situ eingesetzt werden, d.h. während sich Materialeigenschaften
aufgrund direkter oder indirekter Einflüsse ändern.
In diesem Beitrag stellen wir die Methode der aktiven Thermografie mittels lokaler
Laseranregung und deren Anwendung auf unterschiedliche Materialien wie Holz,
Sandstein und Keramiken vor. Mit der im Folgenden beschriebenen Methode
wurden der Einfluss von Holzschutzmitteln auf die thermischen Eigenschaften von
Holz, Feuchtetransportprozesse in Naturstein sowie die thermischen Eigenschaften
von Siliziumcarbid unterschiedlicher Dicke und von Hochtemperaturkeramiken
nach zunehmender thermischer Belastung in-situ untersucht.
Experimentelle Ergebnisse werden u. a. im Vergleich mit numerischen Simulationen
vorgestellt.
Drei grundlegend verschiedene Ansätze für Umweltsimulation werden an Beispielen illustriert:
(i) Ganzheitlicher Ansatz - Nachstellen von Umweltmilieus im Labor
Ziel ist hier das Nachstellen von (kombinierten) Umweltbedingungen im Labor; die Umweltparameter werden mit all ihren Wechselwirkungen aufgebracht.
Hauptnutzen ist eine gegenüber der natürlichen Beanspruchung erhöhte Reproduzierbarkeit der Umweltbedingungen. Hat man sein Laborsetup entwickelt, ist es auf verschiedene Materialien anwendbar.
Unter solchen Laborbedingungen ermittelte Lebensdauern sind dabei nicht auf die typischerweise sehr variablen Real-Umweltbedingungen übertragbar.
(ii) Parametrisierter Ansatz - Ermittlung einzelner Materialempfindlichkeiten
Hierbei werden im Labor die Wirkungen separater Umweltparameter auf Materialien nachgestellt. Für eine solche Separation der Einflussfaktoren ist insbesondere die Aufschlüsselung möglicher Wechselwirkungen der Umwelt-parameter (z.B. Mikroklima an bestrahlten Oberflächen) erforderlich. Einzelne (meist Alterungs-) Empfindlichkeiten können qualitativ nachgewiesen werden oder sogar – als Beanspruchungs-Wirkungs-Funktionen – quantifiziert werden, was einen wesentlichen Schritt in Richtung der Digitalisierung der Material¬prüfung darstellt. Insbesondere ist dann auch eine Lebensdauer-vorhersage für vorgegebene Zeitreihen der Beanspruchungs¬parameter umsetzbar.
(iii) Rückwirkungen auf die Umwelt
Umweltbeanspruchungen können zur Freisetzung von Schadstoffen in die Umwelt führen. Durch die Nachstellung kritischer, aber realitätsnaher Einsatzszenarien kann die Menge an freigesetzten Substanzen abgeschätzt werden.
Egal, welcher Ansatz verfolgt wird – ein Vergleich mit der oder einer Real-beanspruchung ist unerlässlich, ebenso wie die Messdatenaufzeichnung (data logging) aller potenziell relevanten Beanspruchungsparameter während dieser Realbeanspruchung.
Obwohl die naturnahe Umwelt – sowohl in der BAM als auch bei der GUS – gegenüber der technischen Umwelt eher untergeordnet auftritt, werden zur Illustration Beispiele aus der naturnahen Umwelt verwendet.
ABSTRACT: A collection of thioimidazolium salts were synthesized and used as a new class of nonvolatile alkylating agents. Their nonvolatility prevents exposure during use or handling and are thus drastically safer than conventional alkylating agents. We discovered that thioimidazolium Iodide salts cannot release volatile compounds in the solid state, but instead only decompose when molten. Since decomposition proceeds via alkyl iodide elimination, SN2 of iodide on the thioimidazolium cation is constrained in the solid state, and instead can occur only upon melting when ions are mobile. By smart design of these alkylators, the melting point and thus the decomposition temperature of these salts can be increased from 106 to 169 °C and release negligible volatile organic compounds prior to melting. Thioimidazolium-bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (TFSI) ionic liquids act as a completely nonvolatile and air-stable TFSI-based alkylating agent and can be used for high-throughput Synthesis of TFSI ionic liquids without solvent. Alkyl groups from methyl to dodecyl can be transferred to a nucleophile and the product purified by sublimation of the thione byproduct, which can then be recycled. We also found that thioimidazolium salts with a dodecyl chain are bactericidal, yet can hydrolyze in water to form benign neutral products, and thus wont accumulate in the environment. These results demonstrate that thioimidazolium salts are a designable platform for the pursuit of safer and more environmentally friendly alkylating and antiseptic agents.
The biodeterioration of water-based manufactured formulations, such as polymer dispersions, is a major problem for the producing companies and the users of such products. Industrial preservatives, also known as biocides, are therefore used to protect these and similar products from the effects of microorganisms, predominantly bacteria and yeasts. In the absence of internationally recognised standard methods for determining the resistance of polymer dispersions to microbial growth and the efficacy of biocides used in them, protocols for testing other products, e.g., paints, have been adapted, and other methods produced by manufacturing companies, test laboratories, and academic institutions have been used. Often these do not take into account the specific nature of the materials being tested, the types of organism commonly causing contamination, and the conditions that the polymer dispersions will be exposed to during manufacture, storage, and use. By conducting a series of round-robin, collaborative tests, the member organisations of the International Biodeterioration Research Group Polymer Dispersion Working Group have identified the bacteria that commonly infect polymer dispersions, defined the main parameters necessary for a standard method of test, and developed a protocol that is robust, repeatable, and reproducible. The recommended test involves three repeat inoculations of the material with a previously determined mix of seven Gram-negative bacteria and evaluation of living cells by a simple plating technique. The work reported here, carried out by nine participating laboratories, is a final statistical validation and suggests that the method is eminently suitable as a standard test method.
Trichothecene mycotoxins, with T-2 and HT-2 toxins being the main representatives of the type A subgroup, are naturally and worldwide occurring contaminants frequently found in grain-based food and feed. Due to the high consumption of these products and the potential health risk associated herewith, concerns about the safety and quality of food and feed have increased over the last decades at both governmental and consumer levels. Since it is not possible to avoid their occurrence, tremendous efforts have been performed to identify and monitor mycotoxins in food and feed to make their consumption safe. However, suitable certified reference materials (CRMs) intended for quality assurance and quality control purposes are still lacking for many mycotoxin-matrix combinations. Therefore, in the framework of a European Reference Material (ERM®) project, the first CRM for T-2 and HT-2 toxin in ground oat flakes (ERM®-BC720) was developed according to the requirements of ISO Guide 35. The whole process of ERM®-BC720 development, including sample preparation, homogeneity and stability studies and value assignment, is presented. The assignment of the certified mass fractions was based upon an in-house study using high-performance liquid chromatography isotope-dilution tandem mass spectrometry. Simultaneously, an interlaboratory comparison study involving 24 expert laboratories was conducted in order to support the in-house certification study. The certified values and their corresponding expanded uncertainties (k=2) for both T-2 and HT-2 toxin in ERM®-BC720, traceable to the international system of units, are (82±4) µg kg-1 and (81±4) µg kg-1, respectively.
Our earlier study based on historical and scientific analysis showed that Iranians used a considerable range of materials in the sizing process. Unlike many nations who used limited sizing materials to improve the mechanical strength and to smoothen the paper surface, Iranians have used various materials for sizing process from Taimurid (15th century) to Safawid (16th century) and Qajar (19th century) periods. Further to our earlier study on the Sizing Materials used in Persian manuscripts and miniature paintings, scientific analysis was carried out to investigate their behaviour against the mould fungus Aspergillus flavus. In the first stage fourteen different sizing materials that was identified from Persian historical recipes were reconstructed. In the second stage fungicidal property of each sizing samples against Aspergillus flavus fungus were identified that will be presented in this paper.
Seasonal shifts of fungal community structure at the interface of treated or untreated wood and soil
(2010)
Materials are subject to environmental constraints that include biological, chemical and physical factors. To gain confidence about durability and long-term performance of any material, environmental resistance testing procedures have to be amended with modern simulation procedures that include biological components. In fact, any environmentally exposed surface at temperatures lower than 121 °C will be home to microbial growth, even at high salt concentrations, extreme pH, environmental pollution, low water potential, and intense irradiation – everywhere where water is liquid and available. As a consequence, complex microbial ecosystems called biofilms are self-sufficient and found on almost all solid-air-water interfaces. Obviously, environmental changes perturb biofilm development but over a number of seasons, these changes result in relatively stable microbial communities peculiar and adapted to a particular niche and material. Certain microbial settlers are indicative of, and in a real sense mark, a particular biofilm and can, thus, be considered as “reference organisms”. Characteristic reference organisms’ peculiar to specific material-inhabiting communities can be isolated, identified, characterised and used in standard test procedures as well as research into materials science (materials improvement). In this presentation classical microbiological, genetic and molecular methods for studying reference organisms and their roles in materials deterioration will be presented. We will present a set of different reference organisms that are currently in focus of our research and testing development.
The antileaching efficacy of sol-gel-derived TiO2- and SiO2-based precursors has been evaluated through laboratory leaching trials with pine sapwood in two different ways. In a one-step process, wood was vacuum impregnated by the precursor solutions containing CuCl2. The copper (Cu) emission rates of the sol-gel-based impregnated woods were up to 70% lower than that of wood treated with pure CuCl2 solution at the same level of concentration. More improvement (80%) could be achieved in a two-step process, in which sol-gel precursors were introduced into an already CuCl2-treated wood. The refinement was attributed to several effects. In the one-step approach, Cu was embedded in the TiO2/SiO2 gels formed in the wood texture. During a two-step impregnation, gel layers that were formed in the wooden interior acted as an effective diffusion barrier. The sol-gel impregnations made wood more hydrophobic; therefore, the low amount of water that penetrated the cell wall was less efficient to leach out Cu.
Mikroskopische Pilze, die sich schnell auf verfügbaren Oberflächen ausbreiten können und die wir (wenn sie sich ansammeln), auch mit bloßem Auge erkennen können, werden Schimmelpilze genannt. Da diese Organismen verschiedene organische Kohlenstoffverbindungen als Nahrung benutzen, werden sie sich bei wachstumfördernden Feuchtigkeitsbedingungen in Bibliothekbeständen schnell ausbreiten können. Im Vortrag werden Haupteigenschaften aller Pilze, sowie auch aktuelle Methoden der Identifizierung dieser Organismen erörtert.
Benutzung geeigneter Lebendkulturen als Referenzorganismen geben der Materialprüfung und -forschung eine Möglichkeit des reproduzierbaren Experimentierens mit verschiedenen Materialien und Simulation von Bedingungen im Gebrauch. Vorteile unserer Testverfahren sind: (i) Zeitraffung und Kontrollierbarkeit der Umweltparameter; (ii) Benutzung einer naturnahen Vergesellschaftung; iii) gezielte Variationen der Prüfbedingungen im Labor.
Ziel dieser Untersuchungen ist einerseits biogene Schäden an neuen Materialien zu verfolgen und zu modellieren, und damit eine bessere Planungsgrundlage für die Materialentwicklung anzubieten. Andererseits werden mit den Referenzorganismen mikrobiologisch moderne und zeitraffende Techniken angeboten, die neue Behandlungsmethoden oder Pflegeverfahren für die Bestandserhaltung erwarten lassen.
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.
As the results of a 14 weeks outdoor exposure of a series of automotive coatings in South Florida, the panels were found to be overgrown with an almost closed layer of mildew. Pinholes remained as permanent surface damage after removing the mildew mycelium. The extent of the damage differed in dependence of the kind of the coating. By tracing the images and profiles of the coating surfaces systematically over all phases of weathering and the subsequent cleaning procedure, a connection between formation of pinholes and mildew growth could be found. Outdoor weathering tests in other regions of Florida as well as in Europe and Australia showed that pinholes caused by mildew attack could also be found in all other locations, but always to a lower extent than in South Florida. The standardised mildew tests EN ISO 846 and MIL-STD 810F for laboratory exposure failed to reproduce the formation of pinholes.
Material performance testing of wood-plastic composites (WPC) requires adequate and time-efficient evaluation of the resistance against fungal colonisation and decay. This study investigates the effects of weathering on WPCs and subsequent material degradation by fungi. Weathering using UV radiation, water spray and repeated frost incidents caused micro- and macro-cracks. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) demonstrated delignification of wood particles at the weathered WPC surface. Despite of increased surface area, accessibility for fungal hyphae and moisture content, weathering enhanced mass loss due to fungal decay only subtly but not significantly. These potentially enhancing effects for fungal decay are assumed to be outbalanced by delignification due to photo-oxidation and leaching of degradation products resulting in loss of nutrient sources essential for fungal growth.
Flame retarded wood-plastic composites (WPCs) should allow safe application in areas of fire risk. Halogen-free flame retardants can contain high amounts of nitrogen, phosphorus or sulphur, which may serve as nutrition source for wood degrading fungi and accelerate wood decay. Therefore, the material resistance of WPCs with each of four flame retardants against both fire or fungal decay was examined in comparison to WPC without flame retardant. Expandable graphite showed the best performance against fire in cone calorimetry and radiant panel testing. Two ammonium polyphosphates and a third nitrogen-containing flame retardant were not as effective. Contrary to the possibility that flame retardants might enhance fungal decay of WPC, the opposite effect occurred in case of the wood-degrading fungi Trametes versicolor and Coniophora puteana according to determination of mass loss and decrease of bending modulus of elasticity. Only the surface mould Alternaria alternata slightly increased the degradation of WPCs with nitrogen-containing flame retardants compared to WPC without flame retardant according to mass loss data and FTIR-ATR analyses. Finally, WPC including expandable graphite as flame retardant was effective against both fire and fungal decay.
Laser induced active thermography for the visualization of transport processes in building materials
(2009)
Verschiedene Labor- und Freilandstudien zeigen, dass Antrodia vaillantii ein Braunfäuleerreger ist, der chemisch geschütztes Holz (gemäss den Anforderungen der Gefährdungsklasse 4) stark abbauen kann. Hierbei spielt die erhöhte Oxalsäureproduktion des Pilzes und die daraus resultierende Kupferoxalatausfällung im Holz die entscheidende Rolle. Das Kupfer wird auf diese Weise für den Pilz weitgehend unschädlich gemacht und andere Holzschutzmittelbestandteile wie z.B. Chrom- und Arsenverbindungen verlieren ihre Fixierung im Holz und werden wasserlöslich. Dies führt zu Frühausfällen von chemisch geschütztem Holz im Erdkontakt innerhalb weniger Jahre. Laboruntersuchungen haben gezeigt, dass der Holzabbau durch A. vaillantii bei hoher Wasserverfügbarkeit außerhalb des Holzes angeregt werden kann. Das hohe Feuchtigkeitsbedürfnis des Pilzes ist möglicherweise die Ursache für den Befall von Holz in bis zu 1,2 m Bodentiefe. Neben der hohen Bodenfeuchte gibt es Anhaltspunkte für weitere Parameter, die zur positiven Selektion von A. vaillantii und damit seiner stellenweise starken Ausbreitung führen. Diese sind hohe Toleranz gegenüber bereits vorhandenen niedrigen pH-Werten im Boden, das aktive Einstellen niedriger pH-Werte im Boden durch Säureabgabe und die Festlegung von Kuper als Kupferoxalat.
Most research in the last few decades has focused on the development of new strategies to control biological attack and the means to quantify this. Comparatively little work has been done to examine the effect that treated timber might have on its surrounding environment. This presentation will describe a methodology that attempts to detect any changes which might occur in the soil microflora following the introduction of timber treated with a number of chemical agents containing organic active ingredients (a.i.). It was also the purpose to isolate organisms that can break down organic a.i.. A technique was developed to determine whether the presence and nature of a timber preservative influenced the size and composition of a microbial population that colonised timber when buried in soil. Samples of treated timber were incubated in a solution eluted from soil that contained a diverse, viable microbial population. After incubation, the size and composition of the microflora both in the eluate and adhering to the timber was examined.