The Effects of Bird Excrements on Copper and Bronze
Slížková Zuzana; Balogh Kristen; Geiplová Hana
2017 - anglický Diplomová práce řeší problém degradačního působení ptačích (zejména holubích) exkrementů na kovové materiály měď a bronz. Součástí práce je literární rešerše současných znalostí o materiálových vlastnostech mědi a bronzu a o degradačních procesech vyvolaných exkrementy ptáků na povrchu kovových a dalších stavebních materiálů. Experimentální část práce byla provedena v laboratořích SVÚOM a ÚTAM AV ČR a zaměřila se na studium koroze mědi a bronzu vlivem sloučenin, které mohou být součástí ptačích exkrementů. Byly zvoleny různé podmínky korozního působení a na části zkušebních vzorků byl studován vedle chemického vlivu exkrementů také vliv prostředí - znečištěného ovzduší. Koroze byla studována na 3 typech zkušebních materiálů: destičkách z čistého měděného plechu, destičkách z měděného plechu s rozvinutou patinou a na bronzových destičkách. Zkušební vzorky kovů byly na vymezených plochách kontaminovány různými chemickými látkami, které jsou obsaženy v ptačích exkrementech, a byl sledován vliv těchto látek na povrch kovu ve dvou různých prostředích: při teplotě 20 °C a vysoké relativní vlhkosti (100%) a v prostředí se stejnou teplotou, relativní vlhkostí, ale vyšší koncentrací SO2 ve vzduchu. Korozní zkoušky byly provedeny v laboratoři s využitím dvou klimatických komor a doba expozice kovových vzorků byla maximálně 4 týdny. Bylo sledováno působení 5 chemických roztoků (připravených z látek, které jsou předpokládanými složkami ptačích exkrementů), a také na trhu dostupný ptačí trus (určený pro krmení ryb), dispergovaný ve vodě. Varianty studovaných látek byly následující: kyselina močová, kyselina močová a dusičnan sodný, fosforečnan vápenatý a fosforečnan draselný, kyselina močová a chlorid draselný, kyselina močová a síran draselný, suspenze koupeného suchého trusu. Chemické složení koupeného trusu bylo stanoveno pomocí iontové chromatografie (IEC) a rentgenové difrakce (XRD). Během práce byl získán vzorek čerstvého holubího trusu, proto byl i tento analyzován stejným postupem a složení trusu z různých zdrojů bylo porovnáno. Chemické složení obou analyzovaných vzorků holubího trusu se lišilo. Hlavními kationty prodávaného ptačího trusu jsou draselné, vápenaté a sodné ionty, zatímco holubí trus odebraný na fasádě domu v Praze 4 obsahoval hlavně ammonné, vedle draselných a sodných iontů. Anionty byly v obou vzorcích stejné, ale koncentrace jiná: v zakoupeném trusu to byly sírany, chloridy a fosforečnany v klesající řadě, v odebraném holubím trusu naopak fosforečnany, chloridy a nejméně sírany. Mineralogické složení obou trusů bylo obdobné, ale ne totožné: prodávaný trus obsahoval kalcit, křemen, weddellite a hydrát hydrogenfosforečnanu hořečnatého. Odebraný vzorek holubího trusu také obsahoval křemen, weddellite (dihydrát šťavelanu vápenatého) a hydratovaný fosforečnan hořečnato-amonný, ale navíc afthitalit (K,Na)3Na(SO4)2, a neobsahoval kalcit. Pomocí digitální mikroskopie, spektrofotometrie a SEM-EDS byly zjištěny a dokumentovány barevné, chemické a strukturní změny exponovaného povrchu kovových destiček. Znečištění vzduchu SO2 se během 4- týdenní expozice nijak výrazně neprojevilo. Vedle minerálních složek byly zjištěny stélkaté organismy-houby. Výsledky prokázaly, že trusy ptáků podporují proces koroze kovů. Patina sehrává roli ochranné vrstvy, ale jen po určitou dobu. Zdá se, že nejspolehlivější ochranou památek před ptáky jsou systémy, které brání ptákům usednout na povrch chráněného objektu.This thesis was aimed at understanding the effects of bird excrements on copper and bronze. The current state-of-the-art knowledge regarding copper and bronze material characteristics and degradation processes, along with bird excrement composition was reviewed. Previous studies regarding the effects of bird excrements on various materials were also assessed. The testing procedure was adapted from an experiment conducted by Bernardi, Bowden, Brimblecombe, Kenneally, and Morselli called The effect of uric acid on outdoor copper and bronze. In SVÚOM and ÚTAM AV ČR laboratories in Prague and CET Telč, Czech Republic, four aspects were examined using an accelerated aging test: 1) metal type, 2) specific dropping chemical components, 3) other environmental conditions, and 4) exposure duration. Specimens of pure copper sheets, copper sheets with a developed patina (referred to as the roof sample onwards), and bronze sheets had six different contaminants added to them to mimic bird dropping components: 1) uric acid, 2) uric acid and sodium nitrate, 3) uric acid and potassium dehydrate phosphate, 4) purchased bird droppings, 5) uric acid and potassium chloride, and 6) uric acid and potassium sulphate. The contaminated metals were placed in two chambers, one at room temperature with a relative humidity of 100%, and another chamber at room temperature set at a relative humidity of 100% and included SO2 gas to imitate that of atmospheric pollution. Samples were removed at various intervals over a span of four weeks. Ion exchange chromatography (IEC) and X-ray diffraction (XRD) results showed that the purchased bird droppings used in the experiment differed from real droppings collected later. The main anions in the used bird droppings in order from greatest concentration to least were sulphate, chloride, and phosphate, whereas the real bird droppings consisted of phosphorous, chloride, and sulphate. The used droppings primarily consisted of the potassium, calcium, and sodium cations, whereas the real bird droppings contained mainly ammonium, potassium, and sodium. The XRD tests indicated that the used bird droppings contained calcite, quartz, weddellite, and magnesium hydrogen phosphate hydrate. The real bird droppings also contained quartz and weddellite, but the remainder consisted of aphthitalite and magnesium ammonium phosphate hydrate. The contaminant pH levels were all around pH-5 with slight differences. The digital microscopy showed the changes in surface colour and texture. Visual evaluation showed that changes can be seen from the drops within four weeks and that there are minimal differences between RH and RH + SO2 exposures. Scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS) showed the change in surface texture and also identified the presence of fungi and dust particles. Overall, bird droppings do promote the corrosion process of metals. A patina can act as a protective layer towards corrosion for some time before it begins to deteriorate. A longer study is required to see more developed results. The best protection against bird droppings on metal is to deter the birds from perching on the metal surfaces. Klíčová slova: měď,bronz,koroze,exkrementy ptáků,patina,SO2; copper,bronze,corrosion,bird excrements,patina,SO2 Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři ČVUT. The Effects of Bird Excrements on Copper and Bronze

, chemické a strukturní změny exponovaného povrchu kovových destiček. Znečištění vzduchu SO2 se během 4- týdenní expozice nijak výrazně neprojevilo. Vedle minerálních složek byly zjištěny ...

Slížková Zuzana; Balogh Kristen; Geiplová Hana
České vysoké učení technické v Praze, 2017