ISSN:
0947-5117
Schlagwort(e):
Chemistry
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Polymer and Materials Science
Quelle:
Wiley InterScience Backfile Collection 1832-2000
Thema:
Maschinenbau
Beschreibung / Inhaltsverzeichnis:
Microbial deterioration of materials - fundamentals: Microbial destruction mechanismsGenerally, all kinds of microorganisms - bacteria and cyanobacteria, algae, fungi, and lichens - are able to attack and degrade materials. The deterioration is caused by the excretion of metabolic intermediates and/or endproducts as well as exoenzymes. Depending on the use of a material, a discoloring of a resin or a total destruction of a material, may result in a serious microbiologically influenced corrosion damage. Although many microorganisms are known to participate in these processes, the ways of action may be summarized by seven main categories:1)attack by mineral acids like sulfuric, nitric, carbonic acid → hydrolysis of materials2)attack by organic acids like acetic, citric, oxalic, gluconic, and other acids → hydrolysis of materials and chelatization of cations3)saltstress because of reactionproducts of 1) and 2) → retaining water in porous materials causes increased susceptibility against freeze-thaw attack and further crystallisation → swelling attack4)production of noxious, compounds like hydrogen sulfide, nitrogen oxides → production of mineral acids or precipitation of metal sulfides5)effect of biofilm → exopolymers cause localized corrosion cells as well as retainment of water in porous materials (s. above); in addition hydrophobic effects on surfaces6)attack by exoenzymes → cleavage of insoluble organic compounds to small, water soluble molecules7)production of wetting agents → increased solubility of hydrophobic substancesUsually, the deterioration of a material is caused by a combined action of the above mentioned factors. However, chemical methods often fail to detect the mechanisms properly because some compounds may be subject to a metabolic turnover (organic acids, nitrogen compounds etc.). Microbiological analyses are necessary for clearing up the mechanism of attack.
Notizen:
Grundsätzlich sind alle Gruppen von Mikroorganismen, also Bakterien (und Cyanobakterien), Algen, Pilze und Flechten, in der Lage, durch Ausscheidung von Stoffwechselzwischen- und Endprodukten oder auf enzymatischem Wege Werkstoffe anzugreifen und zu schädigen. Je nach Nutzung eines Werkstoffes reicht das Spektrum mikrobiell beeinflußter Schäden von ästhetischen Problemen z. B. durch Verfärbung eines Kunststoffes durch eingelagerte Farbstoffe bis hin zur vollständigen Zerstörung von Werkstoffen wie z. B. durch biogene Schwefelsäurekorrosion von Beton. Die Angriffsmechanismen lassen sich trotz der Vielfalt der an Schädigungsprozessen mitwirkenden Mikroorganismen in sieben Hauptkategorien gliedern:1)Angriff durch Mineralsäuren wie Schwefelsäure, Salpetersäure, Kohlensäure → Säurehydrolyse von Werkstoffen.2)Angriff durch organische Säuren wie Essigsäure, Zitronensäure, Oxalsäure, Gluconsäure, Ameisensäure, Aminosäure etc. → Säurehydrolyse von Werkstoffen und Chelatisierung von Metallionen.3)Salzstreß durch Reaktionsprodukte von 1) und 2) → Bindung von Kristallwasser = Volumenvergrößerung und damit Sprengwirkung „treibender Angriff“, Erhöhung des Wassergehaltes poröser Werkstoffe durch hydrophile Wirkung = Verstärkung des Angriffes Frost Tau-Wechsel, chemische Reaktionen mit Werkstoffmatrix durch Umkristallisationen.4)Einwirkung von Schadstoffen wie Schwefelwasserstoff, Stickoxide → die mikrobielle Oxidation von Schwefelwasserstoff führt zur Säurebildung oder im Falle der Ausscheidung als Stoffwechselendprodukt zu Metallkorrosion durch Ausfällung von Metallsulfiden.5)Einwirkung von Biofilm → Ausscheidung von exopolymeren Substanzen führt z. B. zu Metallkorrosion durch Bildung lokaler Spannungselemente, Erhöhung des Wassergehaltes wie bei 3), hydrophobierende Effekte durch Füllen und Verstopfen von Porenraum.6)Angriff durch Enzyme → Bildung von Exoenzymen zur Spaltung unlöslicher organischer Makromoleküle wie Cellulose in kleine, wasserlösliche Bruchstücke wie Glucose.7)Einwirkungen von oberflächenaktiven Substanzen → Ausscheidung von Stoffwechselzwischenprodukten zur Erhöhung der Wasserlöslichkeit hydrophober Substanzen.Die aufgeführten Angriffsmechanismen wirken nicht separat, sondern vielfach gemeinsam auf Werkstoffe ein. Chemische Methoden zum Nachweis mikrobiell beeinflußter Werkstoffzerstörung versagen häufig oder liefern ein verzerrtes Bild, weil es sich bei den angreifenden Agenzien vielfach um labile Stoffwechselprodukte handelt. Diese können in späteren Phasen des Wachstums von Mikroorganismen wieder aufgenommen und im Stoffwechsel verarbeitet werden. Das trifft z. B. auf organische Säuren, Nitrate und Enzyme zu. Chemisch meßbar sind nur intermediäre Poolgrößen, die kaum eine Aussage über die tatsächliche Angriffsstärke zulassen. Mikrobiologische Untersuchungen zur Klärung der Kausalität sind daher unbedingt erforderlich.
Materialart:
Digitale Medien
URL:
http://dx.doi.org/10.1002/maco.19940450106
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