BIODETERIORACJA:
- ROZKŁAD organizm wykorzystuje materiał jako pokarm
- KOROZJA metabolity drobnoustrojów uszkadzają materiał
rozkład przy pomocy organizmów żywych
rozkład- niszczenie materiału w którym organizm wykorzystuje źródło pokarmu i energii, np. drewno pod wpływem rozkładu kruszeje pył
korozja- drobnoustroje wydzielają związki chemiczne (kwasy wszystkie z cyklu Krebsa), uszkadzające materiał, materiał wykorzystywany nie jako pokarm, tylko siedlisko dla swojego rozwoju
Niepożądane zmiany właściwości materiałów powodowane przez aktywność życiową organizmów:
1. procesy mechaniczne materiał ulega uszkodzeniu w wyniku bezpośredniego działania organizmów: uszkodzenie kabli elektrycznych przez owady lub gryzonie, uszkodzenie okładziny tynkowej przez gryzonie, uszkodzenie bloku książki przez myszy
2.chemiczna asymilacja biodeterioracyjna (asymilacja węgla) (rozkład) organizmy wykorzystują materiał jako pokarm: włókna i tkaniny, wytwory papiernicze, drewno i materiały drewnopodobne, skóra, kauczuk i guma, tworzywa sztuczne (niektóre), produkty naftowe
3.chemiczna dysymilacja biodeterioracyjna(wydzielenie związków do otoczenia (korozja) metabolity drobnousrojów uszkadzają materiał: stale węglowe, stale nierdzewne, stopy Cu- Ni, betony, zaprawy murarskie, cegły, szkło, kamienie
4.obrastanie powierzchni materiałów przez organizmy żywe
biofilmy- biofouling, zasiedlanie, rozkład i korozja
Biofilmy w przyrodzie: zarastanie rur, rafy koralowe, płytka nazębna, zarastanie implantów, sanitariaty, kadłuby statków
Biocydy
EPS- egzopolisacharyd, wydzielany jest na zewnątrz pałeczek, tworząc matriks, ma to charakter śluzowy, przyklejając komórki do powierzchni
Biodeterioracja włókna i tkanin:
*rocznie mikroorganizmy powodują straty sięgające 2 % produkcji włókien naturalnych i sztucznych. Rozkładowi ulega rocznie:120 tys. ton bawełny, 27 tys. ton wełny, 35 tys. ton celulozowych włókien sztucznych. Włókna- stopione pojedyncze nitki, tkanina- pochodna nazwa włókniny. Włóknina:
- sztuczna: syntetyczna, o składzie naturalnym (celuloza, białkowe, alginowe)
- naturalna: roślinna (len, bawełna), zwierzęca (wełna, jedwab).
Celuloza- glukoza, wiązania β-1-4; Bawełna- 87-91 % celulozy; Konopie- 60-85 %
Rozkład mikrobiologiczny:*enzymy:
- celulaza: endoglukanaza (β-glukanaza), celobiohydrolaza (egzoglukanaza)
- celobiaza (β-glukozydaza)
Włókna naturalne roślinne: Hemiceluloza, Pektyna, Lignina, Zw. Hemicelulozowe
Etapy rozkładu:Pole uprawne bakterie: Bacillus, grzyby- Fusarium, Alternaria
Magazynowanie surowca wysoka wilgotność powietrza wwp≤ 75 %, temp. ≤20°C, długi czas przechowywania ≤2 tygodnie. Wyrób gotowy magazynowanie, użytkowanie
50 % wwp. Kserofile- Pleśnie: Penicillum, Aspergillus
Włókna naturalne roślinne
Objawy rozkładu mikrobiologicznego: Obniżenie stopnia polimeryzacji, Naruszenie
Drobnoustroje rozkładające celulozę:
Grzyby- zdolność do wzrostu przy niskiej wwp- Chaetomium, Myrothecium, Memnoniella, Stachylbotrys ( rozkład papierowych tapet, podwyższona wilgotność), Verticullum, Alternaria, Trichoderma, Penicillium,Aspergillus
Bakterie- Cytophaga, Cellulomonas, Cellvibrio, Bacillus, Clostridium, Sporocytophaga Podkreślenie- najwyższe zdolności celulolityczne, rokładają CO2 i H2O ( drewno), bywa też, że inne szczepy mogą być bardzo żerne np Aspergillus
Objawy rozkładu mikrobiologicznego:1.Obniżenie stopnia polimeryzacji 2.Zmiana zabarwienia ( plamy żółte-komórki drobnoustrojów, pomarańczowe-reakcje chemiczne z produktami metabolizmu, fioletowe, czarne, szare) 3.Naruszenie struktury włókna 4.Obniżenie wytrzymałości 5.Całkowity rozkład ( CO2 i H2O ) 6.Nieprzyjemny zapach ( Clostridium w warunkach beztlenowych, również Bacillus)
Wełna - keratyna (struktura usieciowiona, połączona wiązaniami disiarczkowymi, oporna na rozciąganie i rozerwanie )
Rozkład mikrobiologiczny
Runo owcze - oporne na atak mikroorganizmów (zabezpieczane przez wosk wełniany)
Magazynowana surowa wełna- (zanieczyszczenia + oleje, tłuszczopot, inne)
Niewłaściwy transport i magazynowanie gotowego produktu. Użytkowanie
Mechanizm rozkładu mikrobiologicznego:
Keratynoliza- denaturacja substratu, rozszczepienie wiązań disiarczkowych, hydrolityczny rozkład białka ( proteazy wewnątrzkomórkowe ), uszkodzenie włókien
Objawy rozkładu mikrobiologicznego:1.Obniżenie wytrzymałości na rozciąganie i rozrywanie 2.Nieswoisty zapach 3.Różnokolorowe plamy ( Pseudomonas sp pH< 7- czerwone plamy, pH> 7-zielone)
Drobnoustroje biodegradujące wełnę:
Grzyby- Microsporum, Trichophyton ( patogeny skóry), Rhizopus, Chaetomium, Aspergillus, Penicillium ( saprofity, niska wilgotność)
Bakterie- Bacillus ( B. mesentericus, B.subtilis, B. cereus, B. mycoides )Pseudomonas sp Streptomyces sp
Czynniki aktywujące biodegradację:1.Chemiczne 2.Fotoczemiczne- degradacja przy udziale światła np tkaniny zabytkowe 3.Mechaniczne uszkodzenia 4.Wysoka wilgotność 5.Temperatura powyżej 20ºC , poniżej 20 ºC psychrofile, powyżej 37 ºC patogeny 6.Kwasowość - ~ pH obojętne => bakterie
Jedwab - jedwabnik morowy 1 kokon-1,6 km nitki
Jedwab:
- Fibroina - Białko fibrylarne zbudowane z łańcuchów aminokwasów: alanina, glicyna, seryna
i trozyna
- Serycyna - Białko zaliczane do skleroprotein, zlepiające włókna fibrynowe, klej jedwabny
Jedwab odklejony- pozbawiony serycyny ( stosowany współcześnie do wyrobu tkanin, nie żółkną!)
Rozkład mikrobiologiczny: Jedwab surowy- wzrost bakterii( Bacillus, Pseudomonas)
Jedwab odklejony- bardziej oporny na rozwój drobnoustrojów
Wrażliwość na biodegradacje: włókna syntetyczne, jedwab, wełna, bawełna
Syntetyczne: PCV, poliamidy, poliestry, poliuretany
WŁÓKNA SYNTETYCZNE
PCV(polichlorek winylu)- nie ma dowodów na możliwość rozkładu np.: Dodatek plastyfikatorów, stabilizatorów(40%) wpływa na biodegradację(drobnoustroje rozwijają się na tych dodatkach, nie na PCV). Podatność na biodegradację zwiększa oddziaływanie UV
Poliamidy - związki wielkocząsteczkowe, Odporne na biodegradację które zawierają ugrupowania amidowe, poliamidy alifatyczne: poliamid 6, poliamid 6,6 -nylon
Wybrane szczepy Pseudomonas, Bacillus i Brevibacterium sp, zdolne są do degradacji niskocząsteczkowego nylonu (tworzą hydrolazy)
Poliestry- związki wysokocząsteczkowe z powtarzającymi się w łańcuchu głównym wiązaniami estrowymi
PET- politereftalan etylenu, liniowy, (nasycony) poliester kwasu teraftolowego. Poliester aromatyczny- odporny na biodegradację PET=ELANA=TORLEN=TERYLEN=DACRON
Służą do wyrobu tkanin, dzianin, firanek, tkanin technicznych
Polikwas mekowy (PLA)- włókna do wytwarzania tkanin(USA, Japonia). Polikwas ten jest rozkładalny - biodegradacja na wysypiskach.(Enzymy- proteinaza K)
Poliuretany 1.wysokokrystaliczne o budowie liniowej: a)budowa zbliżona do poliamidów b)wysoka sztywność, stąd stosuje się do wyrobu: szczotek, materiałów izolacyjnych
2.wysokoelastyczne włókna segmentowe typu Spandex z ugrupowaniami( estrowe, mocznikowe, uretanowe) a)zawierają co najmniej 85% polimeru uretanowego o budowie segmentowej) b)charakteryzują się bardzo dużym wydłużeniem przy zerwaniu oraz posiadają
Biodegradacji ulegają głównie poliuretany zawierające poliestry, pod wpływem esteraz
Drobnoustroje:Grzyby- Stemphylicum, Cladosporium, Aspergillus, Paecilomyces, Penicillium, Alternaria, Chaetomium, trichoderma, Stachybotrys
Szybkość degradacji zależy od : komponentów tworzących polimer, ich struktury oraz wypełniaczy i plastyfikatorów wprowadzanych do tworzywa sztucznego. Stwierdzono, że poliuretany zawierające polietery są odporne na degradacje mikrobiologiczne.
Objawy biodegradacji:1.przebarwienia, 2.spadek wytrzymałości na rozciąganie o 20%-30%, 3.spęcznienie, wzrost średnicy włókien o 18%-20%
Włókna sztuczne są wrażliwe na UV! Po naświetlenie promieniami UV staja się bardziej wrażliwe na biodegradację
Biocyd- związek chemiczny dodawany do materiałów technicznych, który na na celu ograniczenie wzrostu drobnoustrojów lub ich eliminację ze środowiska
Zabezpieczenia tkanin przez biodegradacją:1.Kontrola warunków środowiska, 2.Dodatek biocydów, wykończenia higieniczne
Biocydy dodawane są do tkanin muszą spełniać warunki:1.skuteczność, w niewielkich stężeniach, względem szerokiego spektrum mikroorganizmów, 2.niska toksyczność dla ludzi i ssaków, 3.bezbarwność, brak zapachu, niski koszt, 4.brak ujemnego wpływu na cechy tkaniny (wytrzymałość, chwyt), 5.powinowactwo do tkanin i innych związków obecnych w tkaninie, 6.odporność na warunki atmosferyczne( światło słoneczne, wilgoć itd.) w okresie użytkowania
Wykończenia higieniczne tkanin- zabezpieczają przed rozwojem mikroorganizmów a także chronią przed nieprzyjemnym zapachem: bielizna, skarpety, pończochy, odzież (sportowa, robocza), szale, rękawiczki, pościel, tkaniny obiciowe, wykładziny.
Tekstylia uzyskują właściwości antydrobnoustrojowe poprzez:1.trwałe wiązanie biocydów na etapie wytwarzania, 2.wprowadzenie cząstek metali (srebra, miedzi, cynku) do włókien w trakcie ich formowania, 3.przyłączanie środków leczniczych ( np. antybiotyków) do zmodyfikowanych włókien chemicznych na drodze kopolimeryzacji szczepionej, 4.powlekanie płaskich wyrobów włókienniczych powłokami o właściwościach antybakteryjnych i /lub antygrzybowych, 5.wprowadzanie drogą inkorporacji środków biocydowych do wyrobów włókienniczych
TWORZYWA SZTUCZNE:
Rozkład mikrobiologiczny podatnych tworzyw: fenoplasty, poliakrylonitryl, poliuretany, poliamidy, poliwęglany
Biodegradowalność tworzyw trudnorozkładalnych: polistyren, polietylen, polipropylen, polichlorek winylu
Polietylen - jest giętki, woskowaty, przezroczysty, termoplastyczny, traci elastyczność pod wpływem promieni UV i wody. Folia z polietylenu charakteryzuje się przenikalnością dla pary wodnej, łatwo przepuszczają pary substancji organicznych, nie są odporne na węglowodory i jego chlorowcopochodne, są odporne na działanie roztworów kwasów, zasad i soli oraz niską temp. Stosowany do wyrobu folii, elektroizolacji, rur, pojemników, nart, żagli, żyletek.
Degradacja: 1.fotodegradacja UV, 2.biodegradacja (organizmy), 3.degradacja środowiskowa ( NO2, SO2, NH3, CO, metale), 4.degradacja mechaniczna (naprężenia), 5.degradacja hydrolityczna (woda), 6.degradacja termiczna (temperatura)
Rozkład mikrobiologiczny, trudno rozkładalny, zależy od masy cząsteczkowej: Mcząst=41000 brak rozkładu pod wpływem przechowywania w glebie. Mcząst=4800 - wzrost grzybów na powierzchni po 30 miesiącach inkubacji, rozluźnienie struktury.
Polistyren - polimer z grupy polioefil otrzymywany w procesie polimeryzacji styrenu. Czysty polistyren jest bezbarwnym, twardym, kruchym o bardzo ograniczonej elastyczności; może być bezbarwny, słabo przezroczysty, barwiony.
Polipropylen - jest węglowodorowym polimerem, termoplastycznym, tzn. daje się wprowadzić w stan ciekły pod wpływem zwiększenia temperatury oraz z powrotem zestalić pod wpływem jej obniżenia bez zmian własności chemicznych.
Zastosowanie: 1. przemysł chemiczny, 2. przemysł farmaceutyczny
Polichlorek winylu - posiada własności termoplastyczne, dużą wytrzymałość mechaniczną, odporność na działanie wielu rozpuszczalników.
Mechanizm biodegradacji: Polimery: Utlenianie/hydroliza, Degradacja, korozja, egzoenzymy
Depolomeryzacja do: 1.H2O (pod wpływem enzymów zewnątrzkomórkowych), 2.biomasy, 3.CO2 i/lub CH4 (w wyniku mineralizacji)
Czynniki:1.mikroorganizmy-grzyby, promieniowce, Pseudomonas, 2.warunki środowiska- temperatura, wilgotność, tlen, pH, światło, obecność soli, metali, 3.rodzaj tworzywa- obecność wiązań np. estrowych, eterowych; struktura fizyczna ( mały stopień krystaliczności), ciężar cząsteczkowy, chłonność H2O, brak wiązań sieciujących
Objawy rozkładu: 1.przebarwienia, 2.spadek optycznej transmisji (zarastanie powierzchni), 3.lokalne wżery, 4.ubytki masy, 5.kruchość, 6.spadek wytrzymałości
Biocydy: np. 8-hydroksychinolinian miedziowy, czwartorzędowe sole alkiloamoniowe, pochodne cynoorganiczne, organiczne związki rtęci i srebra, laurynie 5-chlorofenolu
BIOCYDY- wymagania dla tworzyw sztucznych: 1.właściwości bakterio i grzybobójcze (skuteczny), 2.zgodność chemiczna ze składnikami, 3.niska lotność i dobra stabilność cieplna, dla uniknięcia strat w procesie przetwarzania, 4.odporność na wypłukanie wodą, 5.nie powinien oddziaływać na właściwości fizyczne gotowego tworzywa, 6.trwałość, 7.nie powinien być toksyczny dla ludzi, 8.niska cena.
Opakowania biologicznie aktywne „inteligentne opakowania” do przechowywania żywności, posiadają sensory, które informują nas, że termin ważności już minął.
Kauczuk (służy do wyrobu gumy):Naturalny- substancja otrzymana z lateksu roślin kauczukowych, składnik gumy (nacinanie drzew kauczukowych); bardziej podatny na biodegradację. Sztuczny- otrzymany na drodze syntezy chemicznej, stanowi podstawowy składnik sztucznej gumy. Spotykany w żelach, sztucznych piankach, niektórych rodzajach farb lateksowych, gumie. Kauczuk naturalny otrzymuje się z lateksu ( to wodna emulsja cząstek kauczuku, zawiera 34-37% węglowodoru cis 1,4-poliizopropenu, 52-60%wody, 2% białka, 1,5-4% cukry oraz żywice, alkohole, kwasy organiczne, związki nieorganiczne)
1.Hodowla drzew kauczukowych na plantacjach w krajach tropikalnych, 2.Drzewa 6-7 letnie nacina się na głębokość 1mm przez pewien czas i zbiera się wyciek z drzewa-lateks, 3.Zbiór do szklanych naczyń, porcelanowych, metalowych, 1 drzewo- 11kg lateksu/rok lateks pH=7,2 podczas wypływu z drzewa, stabilny dopiero przy pH=11-13 stąd dodaje się 0,5 % amoniaku lub inne związki podnoszące pH- wodorosiarczyn amonu, IV rzędowe sole amonowe, 4.Zagęszczanie lateksu (odwirowanie, odparowanie H2O, tak aby lateks zawierał 61-68% kauczuku)
Etapy rozwoju mikroorganizmów podczas zbioru lateksu (bakterie zasiedlają lateks zaraz po wypływie z drzewa, sprzyjający klimat- 30ºC, wilgotność powietrza prawie 100%. Bakterie po namnożeniu powodują samoistną koagulację, ich liczba dochodzi do poziomu 106-109/ ml po dobie. Rodzaje bakterii: Propionobacterium, Lactobacillus, Pseudomonas, Bacillus
Drożdże po zasiedleniu osiągają liczbę 104/ ml ( po 5-6 godzinach po pobraniu )
Rodzaje drożdży: Saccharomyces, Schizosaccharomyces, Rhodotorula
Etapy rozwoju mikroorganizmów: 1.Podczas zbioru lateksu (Na tym etapie stosuje się biocyd, nawet antybiotyki i zasady powodujące koagulację w naczyniu). Drobnoustroje wykorzystują substancje towarzyszące, a nie sam poliizopren. Podczas rozkładu lateksu powstają lotne kwasy tłuszczowe o przykrym zapachu. 2.Transport lateksu do wyrobu kauczuków. 3.Wydzielanie kauczuku: - rozcieńczenie do emulsji( 15-20% substancji suchej), - koagulacja kwasem ( octowy, mrówkowy) do pH=4,5, ok. 30 minut. 4.Oddzielenie serum. 5.Formowanie arkuszy (grubość 50mm) na walcarkach. 6.Otrzymywanie arkuszy (H2O) z substancji rozpuszczalnych, kwasów. 7.Suszenie 7-10 dni, temp. 40ºC -> bada się oporność składników wulkanizacyjnych na różne drobnoustroje podatne na rozwój składników - przyczyna małej oporności wyrobów gumowych. 8.Otrzymywanie kauczuku. 9.Otrzymywanie gumy ( dodatek składników wulkanizujących + napełniacze, substancje przeciwstarzeniowe, wulkanizujące, aktywatory wulkanizacji, zmiękczacze, barwniki, antypirogeny, biocydy i inne) podczas przekształcania w gumę stosuje się środki sieciujące w wysokiej temperaturze.
Rozkład mikrobiologiczny: Bakterie: Bacillus, Achromobacter, Acetobacter, Pseudomonas, promieniowce.
Kauczuk syntetyczny. Rodzaje: izoprenowy syntetyczny (mogą rozwijać się pleśnie), butadienowy (mogą rozwijać się pleśnie), butadienowo-styrenowy (mogą rozwijać się pleśnie), butadienowo-akrylonitrylowy (oporne na biodegradację), chloroprenowy (oporne na biodegradację). Kauczuki syntetyczne powstają przez polimeryzację odpowiednich monomerów( izopren, butadien) lub kopolimeryzację kilku monomerów( butadien ze styrenem, butadien z akrylonitrylem). Zawierają w swoim składzie obok polimeru substancje emulgujące, stabilizatory, koagulanty, oleje, napełniacze.
Rozkład mikrobiologiczny: Grzyby- Aspergillus, Penicillium, Trichoderma, Chaetonium, Proces długotrwały- po 4-5 miesiącach zmiany na powierzchni (przebarwienia, ubytek masy, kruchość)
Wyroby gumowe wrażliwe na biodegradację: 1.Uszczelki gumowe w rurociągach wodnych, kanalizacyjnych, 2.izolacje, 3.powłoki gumowe przewodów elektrycznych i telefonicznych w glebie, 4.wykładziny podłogowe, 5.guma na pływalniach (grzybice skóry)
Rozkład mikrobiologiczny: Bakterie- wodne, glebowe, często promieniowce
Grzyby- tj. wyżej, Cladosporium ( uszczelki w pralkach), Aspergillus, Penicillium, Trichoderma, Chaetonium. Proces można obserwować już po 9-10 miesiącach kontaktu z drobnoustrojami w środowisku wodnym, w glebie pierwsze objawy po upływie 1-20 miesięcy, przy opornych wyrobach nawet po 8 latach w zależności od rodzaju gumy, gleby.
Objawy biodegradacji: uszczelki gumowe po zasiedleniu stają się chropowate, śluzowacieją, następuje ubytek masy do 60%, powstają wżery.
Objawy biodeterioracji: kable w glebie - po zasiedleniu stają się chropowate, następuje spadek wytrzymałości na rozciąganie, wżery
Zabezpieczenia przez biodegradacja- biocydy- spryskiwanie lub zanurzanie w biocydach
Cechy dobrego biocydu dla wyrobów gumowych: 1.skuteczny, 2.dobrze miesza się ze składnikami mieszanki wulkanizacyjnej, 3.chemicznie obojętny dla tych składników, 4.niska lotność, 5.duża odporność na ciepło: temp. Wulkanizacji 135-175ºC(cecha eliminująca wiele związków), 6.nie zmienia właściwości gumy, 7.nie jest toksyczny, 8.nie wymywa się łatwo z produktu, 9.nie koroduje metali
Biodegradacja papieru: produkt łatwo degradowalny (główny składnik - włókna celulozy), biodegradacja już w fabryce a nawet wcześniej, produkcja mas celulozowych ( ścier drzewny, masa makulaturowa)
Wyroby papiernicze ulegające biodegradacji: 1.papier zabytkowy( produkt naturalny, bez biocydów), 2.zbiory biblioteczne i archiwalne, 3.opakowania, 4.tapety, 5.płyty kartonowo- gipsowe, 6.papier, 7.tektura
PRODUKCJA PAPIERU 1.Produkty: drzewa iglaste (lepszej jakości, ponieważ zawierają olejki eteryczne), liściaste, makulatura, szmaty. 2.Celuloza długowłóknista uzyskiwana jest z drzew iglastych a krótkowłóknista z drzew liściastych, następnie jest rozwłóknienie przy udziale wody i zasad. 3.Celulozowa zawiesina jest przepompowywana do młynów i mielona. 4.Do masy włóknistej dodaje się CaCO3 (kreda), skrobię, klej i środki wspomagające. 5.Masa papiernicza przedostaje się na stół sitowy gdzie następuje wstępne uformowanie wstęgi i odsączenie wody. 6.W prasach pod naciskiem następuje kolejne usuwanie wody. 7.Powierzchniowe zaklejanie, ewentualnie powlekanie papieru. 8.Ponowne suszenie ( 80-90ºC, wilgotność 6%). 9.Nawijanie papieru na duże role ( tambory). 10.Cięcie rol na mniejsze, zgodnie z potrzebami klientów
Etapy rozwoju mikroorganizmów podczas produkcji papieru: 1.Faza spilśniania i obróbka rozdrobnionych włókien roślinnych, 2.Na sitach papierniczych podczas odsączania wody, 3.Na filtrach prasy papierniczej (papiernica), 4.Woda obiegowa, woda podsitowa, 5.Gotowy produkt w warunkach złego przechowywania <70% wwp
Źródła mikroorganizmów obecne w produkcji papieru: Surowce (drewno, makulatura, ścier, masy celulozowe), Środki pomocnicze (kleje, skrobia, kazeina, barwniki), powietrze produkcyjne i magazynów, urządzenia
Rodzaje mikroorganizmów obecne w produkcji papieru: 1.śluzy mikrobiologiczne: Bakterie: Pseudomonas, Flavobacterium, Clavibacterium, Propionibacterium, Clostridium, Escherichia, Enterobacter. Grzyby: Aspergillus, Mucor, Geotrichum
2.Woda obiegowa Bakterie: Desulfovibrio, Clostridium, Propionibacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Pseudomonas, Bacillus
Skutki rozwoju mikroorganizmów podczas produkcji papieru: 1.Rozdarcie wstęgi papieru, przebarwienia, zbrylenia. 2.Straty w jakości i jednorodności papieru (obniżenie białości, wytrzymałości, ubytki masy). 3.Straty czasu technologicznego (postoje, czyszczenie maszyn, usuwanie śluzów, naprawy filców). 4.Straty w wydajności maszyn (straty ciepła, opory). 5.Straty środków pomocniczych, wody
Śluz biologiczny podczas produkcji papieru:
Woda - stosuje się podczas: mycia produktów, przygotowywania mas papierniczych, formowania wstęgi papieru. celuloza, białkowe, alginowe)
Produkty - wymywane są z nich: cukry proste, sole mineralne, rozpuszczalne białka
Drobnoustroje: tlenowe bakterie: Aerobacter, Flavobacterium, Pseudomonas, Klebsiella, Aeromonas, Chromobacterium, beztlenowe: Clostridium, grzyby, drożdże
Miejsce wytwarzania: 1.Papiernica- uszczelki, uchwyty, ścianki zbiorników wody odciekowej, 2.Filce filtrujące i prasy, 3.Na makulaturze
SKÓRY NATURALNE: bydlęca, końska, świńska, owcza, kozia, dzikie zwierzęta
skóra surowa: kolagen, elastyna, kreatyna oraz białka globularne- razem 33%, woda 65%, lipidy 0,5-2%, 0,5 pozostałe składniki, związki mineralne, pigmenty, cukry, zapachy
skóra po garbowaniu- brak wody, cukrów, związków mineralnych, zapachów
Proces garbowania: Otoczki garbnika otaczają kolagen, który nie ulega wysuszeniu, skóra jest miękka i elastyczna, oporna na rozkład mikrobiologiczny.
Czynniki niszczące skórę: woda, związki chemiczne (pH), mikroorganizmy
Biodegradacja: skóra przed procesem garbowania jest najbardziej narażona na mikroorganizmy! Skóra garbowana ulega biodegradacji w warunkach bardzo wysokiej wilgotności
Rozkład mikrobiologiczny: Czynniki: 1.rodzaj skóry, 2.substancje stosowane do garbowania- garbniki, barwniki, środki zmiękczające- syrop ziemniaczany, olej kopytkowy, lanolina, trany, żywice, woski, błyszcze kazeinowe, 3.metoda garbowania
Objawy: przebarwienia, plamy, spadek wytrzymałości na rozciąganie, wzrost sztywności (ubytek substancji natłuszczających, hydroliza kolagenu)
Mechanizm: Rozkład garbników, substancji dodatkowych, tworzenie kolagenazy przez Clostridium, degradacja zachodzi szybciej przy nawilżeniu i zmianie pH skór
Drobnoustroje: Przed garbowaniem- bakterie ( Clostridium, Bacillus) Po garbowaniu przy wilgotności skór < 13, 14% bakterie( Bacillus, promieniowce) Grzyby - Aspergillus Penicillium, Aureobacterium, drożdże -Rhodotorula
Patogeny- mogą rozwijać się na skórze obuwia: grzybice skóry i paznokci powodują: Trichophyton, Epidermophyton, Microsporum, Candida, bakterie chorobotwórcze powodujące schorzenia skóry: Staphylococcus aureus, S.epidermis, B. cereus, B. megaterium, Pseudomonas aeruginosa
Rozkład mikrobiologiczny patogeny, pot -źródło H2O rozkład potu, Wykorzystanie cukrów, olejów ze skóry, naskórka, stóp-keratyna, Rozwój choroby
Zabezpieczenie przed rozkładem mikrobiologicznym skór i rozwojem chorób: 1.biocydy dodawane do materiału w końcowej fazie wykończania skór, wytwarzania obuwia, 2.wykończenia higieniczne w produkcji obuwia zabezpieczające przez rozwojem patogenów.
MATERIAŁY I POWŁOKI MALARSKIE
Materiały malarskie: Farby i emalie (pigmenty w pokosie lub lakierze)
Rodzaje farb (w zależności od rodzaju spoiwa): wapienne, kazeinowe, cementowe, emulsyjne, klejowe
Lakiery (koloidalne roztwory olejów schnących, żywic naturalnych lub sztucznych). Skład: spoiwo; woda lub rozpuszczalnik; pigment + substancje uzupełniające: aktywatory schnięcia, oleje, utwardzacze, stabilizatory, środki dyspergujące, środki przeciw kożuszeniu, powstawaniu osadu, środki matujące
Powłoki malarskie - materiał malarski na powierzchni obiektów budowlanych, konstrukcji, maszyn i urządzeń. Chroni przed czynnikami środowiska.
Różnice:
Materiał malarski: 1.materiał w puszce, pojemniku, 2.objawy rozkładu: przebarwienia, spadek
lepkości ,rozwarstwianie emulsji, gaz, kożuch na powierzchni, 3.głównie rozwijają się bakterie: Pseudomonas, Aerobacter, Bacillus, Proteus, Micrococcus, Desulfovibrio, zapobieganie: jakość surowców, wody, dezynfekcja zbiorników, biocydy
Powłoka malarska: 1.materiał na powierzchni, 2.objawy rozkładu: przebarwienia, pękanie,
odpadanie tynku, 3.głównie rozwijają się grzyby: Cladosporium, Aureobasidium, Aspergillus, Penicillium, Stachybotrys, też bakterie telnowe, 4.zapobieganie: wentylacja, dezynfekcja okresowa, warunki wilgotnościowe
Surowce ma materiałach malarskich podatne na biodegradację: 1.pochodne celulozy (etery i estry celulozy), 2.oleje roślinne (bawełniany , lniany, konopny, rzepakowy, słonecznikowy), 3.Pigmenty (błękit paryski, żółcień kadmowa, czerwień żelazowa, czerwień manganowa, kreda), 4.Żywice (naturalne [kalafonia], sztuczne)
Pochodne celulozy (nitroceluloza, acetyloceluloza, metyloceluloza) stosowane jako środek zagęszczający, stabilizujący, emulgujący, klejący, składnik farb emulsyjnych, podkładów , kitów. Łatwo ulegają rozkładowi przez drobnoustroje celulolityczne, lepkość spada bardzo szybko, spadek lepkości farb po wpływem Cellvibrio i Cytophaga do 95% po 40 dniach.
OLEJE ROŚLINNE Rozkład mikrobiologiczny: Drobnoustroje: grzyby: Aspergillus, Penicillium, Paeciliomyces, Aureobasidium, bakterie: Flavobacterium, Bacillus, Pseudomonas
Objawy rozkładu: kożuch grzybni na powierzchni, biofilmy bakteryjne, osady, zapach
Skutki rozkładu: spadek lepkości oleju, wzrost substancji lotnych, spadek liczby jodowej oleju, wzrost grup karboksylowych, wzrost rozpuszczalności w wodzie.
Pigmenty (pochodne nieorganiczne i organiczne, syntetyczne i naturalne) Nadają barwę ale też podwyższają odporność na UV, wodoodporność, regulują konsystencję materii.
Rozkład mikrobiologiczny- GRZYBY!!!
Odporność na biodegradację: niebieski, żółty, czerwony, czarny, zielony, biały
Żywice Naturalne i syntetyczne (źródło C dla bakterii i grzybów spadek lepkości żywic)
Polioctan winylu - rozpuszcza się w rozpuszczalnikach, stosowany w postaci emulsji. Rozkładany przez grzyby (Aspergillus, Cladosporium, Penicilluim) i bakterie.
KOROZJA MIKROBIOLOGICZNA W BUDYNKACH
Przyczyny rozwoju pleśni w budynkach: 1.Podwyższona wilgotność względna powietrza ( wwp>50%): a)Brak właściwej wymiany powietrza, b)Wymiana stolarki okiennej otworowej na inna, c)Ograniczenia wietrzenia, d)Złe warunki higieniczno-sanitarne. 2.Brak właściwej izolacji termicznej przegród budowlanych. 3.brak izolacji poziomej (podciąganie kapilarne wilgoci). 3.modernizacja systemu ogrzewania
Źródła substancji odżywczych dla grzybów w materiałach budowlanych
1.Celuloza i jej pochodne: Płyty kartonowo-gipsowe, Drewna i materiały drewnopodobne, Tapety, Kleje do tapet, Włókna, Powłoki malarskie, Materiały wykończeniowe. 2.Ligniny: drewno. 3.Polimery: Wyroby z PCV, Pianki poliuretanowe, Powłoki malarskie
Zanieczyszczenia materiałów budowlanych przez grzyby pleśniowe:
Materiał |
Liczba grzybów [jtk/100cm2( g)] |
Płyty kartonowo-gipsowe |
44-100 |
Tapety papierowe |
450-1900 |
Wełna mineralna |
170-1,0x108 |
Styropian |
106 |
Alternaria- powłoki malarskie, kurz, Stachybotrys- tapety, płyty kartonowo-gipsowe
Skutki zdrowotne narażenia na grzyby pleśniowe: Choroby układu oddechowego, Zatrucia związkami lotnymi, Alergie, Grzybice powierzchniowe, Grzybice narządowe, Toksyczne i rakotwórcze działanie mykotoksyn
Alergie układu oddechowego: 1.pyłki traw, 2.roztocza, 3.zarodniki pleśni (4,6-30%, Polska 40 % uczulonych)
Sick Building Syndrome [SBS- zespół chorego budynku]
W 1982 r WHO podała definicje SBS: Budynek można uznać za „chory” jeśli 20 % użytkowników stwierdza ,że objawy chorobowe jakie odczuwają pojawiają się i nasilają tylko w czasie przebywania w tym budynku.
Objawy chorobowe: złe samopoczucie, bóle głowy, ustawiczne zmęczenie i wyczerpanie, objawy alergiczne, podrażnienia błon śluzowych nosa, oczu , gardła, nudności, obniżenie koncentracji, trudności w oddychaniu
Długotrwała ekspozycja organizmu na działania zespołu czynników w chorych domach może być przyczyną chorób rakotwórczych.
Schorzenia dróg oddechowych: przewlekłe zapalanie zatok ( Bipolaris, Cuvrularia lunata, A. fumigatus, Trichophyton, polipy nosa, grzybica skóry gładkiej (M.canis, T.rubrum), grzybica skóry owłosionej głowy, grzybice paznokci
Zagrożenia wywołane przez mikotoksyny: uszkodzenia i marskość wątroby (aflatoksyny), krwotoczność, uszkodzenie nerek (achratoksyny), zakłócenie działania przewodu pokarmowego, działanie rakotwórcze, obniżenie odporności na choroby, porażenie układu nerwowego, działanie teratogenne, uszkodzenia narządów płciowych, zmniejszenie wagi, padanie zwierząt
Związki lotne: działają drażniąco na błony śluzowe oczu i układ oddechowy, działają drażniąco na ośrodkowy układ nerwowy, cacosmia spaczone czucie zapachu z objawami - bóle głowy, senność, nudności)
Środki grzybobójcze- fungicydy
Związki chemiczne do eliminacji i ograniczenia wzrostu grzybów pleśniowych: certyfikat na zbadanie bezpieczeństwa, deklaracja lub certyfikat zgodności z Normą Polską
Odgrzybianie porażonych powierzchni: EtapI - Likwidacja przyczyny zawilgocenia przegród budowlanych. Etap II - Właściwe odgrzybianie: 1.pokrycie osuszonego podłoża środkiem odgrzybiającym (nanosimy na mokro aby trzymał się powierzchni- zarodniki). 2.nawilżenie powierzchni porażonej. 3.Skucie warstwy zanieczyszczonej wraz ze zdrowym najbliższym obszarem. 4.Seria wielokrotnych oprysków (lub malowanie pędzlem) 10-12 razy, w odstepach czasu. 5.kontrola mikrobiologiczna. 6.ewentualnie druga seria oprysków. 7.uzupełnianie warstw wykończeniowych z zastosowaniem fungicydów.
Zapobieganie rozwojowi grzybów: na etapie pozyskiwania materiałów budowlanych, budowanie zgodnie ze sztuką budowlaną, właściwa eksploatacja mieszkań przez użytkowników
PRODUKTY NAFTOWE: paliwa, smary, oleje, emulsje olejowe smarowe (ciecze chłodząco-smarujące)
Drobnoustroje rozwijają się na granicy faz woda-paliwo/olej. Musi być woda aby mogły się rozwinąć w tych produktach.
Paliwa. Benzyny wraz ze składnikami dodatkowymi- wysokooktanowymi (alkality parafinowe, izooktan, izopropylobenzen, izopentan) oraz inhibitorami utleniania, korozji metali itp. Są to frakcje ropy naftowej, zawierające ok. 25% węglowodorów aromatycznych.
Rozkład mikrobiologiczny Objawy: 1.tworzenie szlamu i śluzu na dnie zbiorników magazynowych oraz zbiorników na paliwo w samolotach, statkach. 2.tworzenie złogów grzybni na wewnętrznej powierzchni zbiorników. 3.tworzenie zemulgowanej warstwy paliwa w strefie przydennej ( konsystencja gumy). 4.zatykanie filtrów w układach zasilających silnik. 5.korozja stali w zbiornikach i pompach. 6.zmiany w powłokach ochronnych ścian zbiorników. 7.zmiany właściwości paliwa. 8.zapach
Mikroorganizmy: Bakterie- Pseudomonas (99%), Aerobacter, Bacterium, Bacillus, Micrococcus, Mycobacterium (z gleby, powietrza, wody). Grzyby: Paecilomyces, Aspergillus, Penicillium, Cladosporium (hodowla- 5 tyg w paliwie- zmiana składu chemicznego paliwa)
Czynniki: 1.woda- z paliwa wykraplanie przy niższej temperaturze. 2.temperatura- podczas postoju samolotów, statków w ciepłym klimacie. 3.drobnoustroje- źródło: gleba, powietrze, urządzenia, zbiorniki
Zabezpieczenie: 1.eliminowanie H2O z paliwa ( systemy usuwające wodę podczas magazynowania), 2.zabezpieczenie konstrukcji, powłoki oporne na degradację, 3.biocydy, 4.ograniczenie fizyczne (filtracja, fale elektromagnetyczne)
Warunki jakie musi spełnić biocyd:1.skuteczność ( hamuje rozwój bakterii gram+ i gram-, grzybów, duże spektrum, stężenie niewielkie5-10ppm, dobrze rozpuszczalny w wodzie). 2.trwały w temperaturze 18-60ºC. 3.nie koroduje metali. 4.nie zmienia właściwości paliwa ora powłoki zbiorników. 5.nie toksyczny. 6.trwały. 7.nie wpływa na prace silnika
Oleje: przemysłowe, transformatorowe, opałowe (do mieszkań, kotłów, na okrętach, pieców przemysłowych), silnikowe
Rozkład mikrobiologiczny: Objawy: 1.osady na dnie. 2.zatykanie filtrów w układach podających olej do palenisk lub silników. 3.spadek pH oleju. 4.rozkład dodatków uszlachetniających. 5.zmiana właściwości oleju (wzrost temperatury zapłonu). 6.zapach ( H2S). 7.uszkodzenie powłok ochronnych zbiorników.
Smary (bardzo podatne na rozkład mikrobiologiczny). Warunek - obecność wody(ppm)
Objawy: 1.zmiana barwy (szare), 2.zmiana konsystencji (tworzenie emulsji), 3.korozja zbiorników, 4.spadek pH
Mikroorganizmy: Bakterie: Pseudomonas, Aerobacter, Bacterium, Bacillus, Desulfovibrio!- wytwarzanie H2S. Grzyby- Paecilomyces, Aspergillus, Penicilluim, Cladosporium
Ciecze chłodząco- smarujące Służą do smarowania maszyn, wózków, urządzeń, kół w obróbce metali skrawaniem. Skład- emulsja wodna oleju, dodatek wosku, stabilizator-etanol, emulgator- mydła, inhibitory korozji- azotyny.
Rozkład mikrobiologiczny: Źródło węgla- węglowodory z olejów oraz dodatki uszlachetniające. Objawy: 1.rozwarstwienie emulsji, 2.tworzenie osadów, 3.utrata właściwości smarujących, 4.przebarwienia (szare, szaroniebieskie, czarne), 5.zapachy- H2S reaguje z jonami Fe tworząc szare złogi, 6.uszkodzenia zbiorników w obiegu smarów (wyciek cieczy), 7.korozja metali. Drobnoustroje: Bakterie- Pseudomonas, Desulfovibrio, Proteus, Aerobacter, Escherichia, S.aureus, Klebsiella. Grzyby- Paecilomyces, Aspergillus, Penicilluim, Cladosporium,
Niszczenie zabytków przez drobnoustroje: tkaniny, papier (starodruk), skóry, pergamin, malarstwo, metal, kamienie
Jakie substancje w przedmiotach zabytkowych są pokarmem dla drobnoustrojów: 1.papier- celuloza, spoiwa zaklejające, ślady ludzkiego tłuszczu, resztki jedzenia, kurz. 2.skóry, pergamin - białka globularne. 3.malarstwo- celuloza, spoiwo malarskie, pigmenty. 4.kamień- związki mineralne. 5.tkaniny- celuloza, jedwab, wełna
Objawy: Korozja (kwasy, barwniki), Rozkład (enzymy zewnątrzkomórkowe): przebarwienia, brzydkie narośla, zbrylenia, grzybnia na powierzchni, ubytki w strukturze, spękanie, kruchość, brak wytrzymałości, wżery
Czynniki wpływające na biodegradację: Wilgoć, Wysoka wilgotność, wady budynku, Zalania żywiołowe lub po pożarach, Skoki temperatury, Brak wentylacji w magazynach, zpulchnienie klejów w oprawach, Przenikanie barwników
Niska wilgotność - Wysychanie klejów, pękanie skóry, kurczenie się płótna i pergaminu
Zjawiska niszczenie książek: kamienienie książek (zbrylanie), destrukcja puszysta (rozpad, pleśnienie, kruszenie), foxing
Konserwacja zabytków: Cel: 1.Przywrócenie obiektom wyglądu możliwie najbliższego pierwotnemu ich stanowi. 2. Dostarczenie wiedzy na temat ich wartości artystycznej
Konserwacja zabytków: 1.wszystkie prace konserwatorsko-restaurujące powinny się zacząć od ich dezynfekcji. 2.wszelkie prace związane z niewłaściwą konserwacją są przyczyną bezpowrotnego niszczenia zabytków i powinny być wykonane przez konserwatorów
Konserwacja papieru - czyszczenie, mycie, dublowanie, uzupełnianie ubytków, rekonstrukcja warstwy malarskiej, druku i wszystkich innych elementów (związki celulozy modyfikowanej)
Konserwacja malarska - oczyszczanie obrazów, dublowanie (dublaż), uzupełnianie ubytków płótna i warstwy malarskiej, retusz, rekonstrukcja brakujących fragmentów