1、2023 年 第 4 期 广 东 化 工 第 50 卷 总第 486 期 29 应用于化石的新型保护材料性能研究应用于化石的新型保护材料性能研究 苏青1,2，龚敏1,2，黄霞1,2，邓建国1,2*(1四川轻化工大学 材料科学与工程学院，四川 自贡 643000；2材料腐蚀与防护四川省重点实验室，四川 自贡 643000)摘 要选择合适的保护材料对化石保护是至关重要的。本文通过实验对两种保护材料的性能进行了分析，并将其涂覆在硅化木材料上，通过光泽度、吸水率、透气率和抗折强度，分析其保护性能，并就耐紫外老化性、耐盐雾腐蚀性进行了实验。结果表明：新型保护材料密度与水相近，具有较好的流动性和渗透性，添
2、加纳米SiO2的保护材料的吸水率比空白试样低24.3%，未加纳米SiO2低16.9%，两者都有效地阻止了水分的渗入；硅化木涂覆未加纳米 SiO2的保护材料后，光泽度增加了 58.06%，添加纳米 SiO2保护材料涂覆硅化木后光泽度仅增加 15.8%，因而能较好的保持化石原貌，满足文物保护要求；100 h 后在碱性溶液中两种保护材料均有发白现象且未加纳米 SiO2的较为严重，而酸性溶液中两者无明显变化，利用光化学反应仪对涂覆试样进行紫外光老化，200 h 后两种保护材料产生发白现象且未加纳米 SiO2的尤为严重；盐雾试验的结果证明纳米 SiO2的加入在一定程度上提高了保护材料的耐盐雾腐蚀性。关键
3、词硅化木；保护材料；纳米 SiO2；文物保护 中图分类号TB115 文献标识码A 文章编号1007-1865(2023)04-0029-03 Research on the Properties of New Protective Materials Applied to Fossils Su Qing1,2,Gong Min1,2,Huang Xia1,2,Deng Jianguo1,2*(1.School of Materials Science and Engineering,Sichuan University of Technology,Zigong 643000；2.Sichuan
4、 Key Laboratory of Material Corrosion and Protection,Zigong 643000,China)Abstract:The selection of suitable conservation materials is crucial for fossil conservation.In this paper,the properties of two protective materials were analyzed through experiments,and they were coated on silicified wood mat
5、erials.Through gloss,water absorption,air permeability and flexural strength,the protective properties were analyzed,and the resistance to ultraviolet aging was analyzed.Salt spray corrosion resistance was tested.The results show that the density of the new protective material is similar to that of
6、water,and it has good fluidity and permeability.The water absorption rate of the protective material with nano-SiO2 is 24.3%lower than that of the blank sample,and the water absorption rate of the protective material without nano-SiO2 is 16.9%lower,both of which are effective The infiltration of wat
7、er is prevented;after the silicified wood is coated with the protective material without nano-SiO2,the gloss is increased by 58.06%,and the gloss is only increased by 15.8%after the nano-SiO2 protective material is added to the silicified wood,so it can be well maintained.The original appearance of
8、the fossils meets the requirements of cultural relics protection;after 100 hours,the two protective materials have whitening phenomenon in the alkaline solution,and the nano-SiO2 is not added,and the two have no obvious changes in the acidic solution.The coated samples were subjected to ultraviolet
9、light aging.After 200 h,the two protective materials had whitening phenomenon and the nano-SiO2 was not added.The results of the salt spray test proved that the addition of nano-SiO2 improves the salt spray corrosion resistance of the protective material to a certain extent.Keywords:petrified wood；p
10、rotective material；nano-SiO2；cultural relics protection 新的合成材料的不断出现，在文物的保护方面给文物保护工作者带来了新的希望。高分子材料所具有的憎水性、耐腐蚀、高强度、加工性能优良等特点能以不同形态予以利用，得到了文物保护工作者的青睐1-6。为了保护文物的宝贵价值和艺术性，保护工作必须遵循“修旧如旧”、“保持原貌”的原则7-8。因此，应对用于文物保护的高分子材料提出严格的要求。古生物化石是人类了解地球四十六亿年历史的重要途径，同样也是获取地球演化信息的唯一来源。硅化木作为古生物化石中的一种，在地层学、古气候学、沉积与古地理环境学方面都有
11、着重大的研究意义。綦江硅化硅化木对当地的地理环境、地貌与植被特征、气候与水文条件、矿产资源等研究都有着重大的意义9-10。为了能够更好的保护这独一无二的自然遗产，新型保护材料的研究显得尤为重要，本文通过对未添加纳米 SiO2的聚合物乳液和已添加纳米 SiO2的聚合物乳液结构及防护性能进行对比分析，为纳米材料对保护材料性能方面的改良奠定基础。1 实验实验 1.1 新型保护材料的制备 将甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯和丙烯酸甲酯单体按照一定比例混合，用 5%的氢氧化钠洗涤，去除阻聚剂，而后加入丙烯酸和改性纳米 SiO2液组成反应体。在混合反应体中加入聚氧乙烯辛基苯基醚、十二烷基硫酸钾、聚丙烯酸钠和
12、去离子水，搅拌乳化。取 30%的乳化液和一定量的去离子水加入反应釜中，开始加热搅拌，待反应釜内温度升至 70 时，停止加热，加入 20%配置好的过硫酸钾和硫代硫酸钠溶液。反应釜内反应开始即缓慢滴入余下的 70%乳化液，同时按照一定速率滴加 60%配置好的过硫酸钾和硫代硫酸钠溶液；乳化液还剩 50%时加入碳酸氢钠溶液，滴加完成后反应釜内温度 7080 保温 30 分钟，而后升温至 90 保温 30 分钟，在开始升温时加入剩余的过硫酸钾和硫代硫酸钠溶液。反应完成后降温至 50，加入 5%的氨水调节平 pH=7.58。将得到的乳液过 200 目的尼龙筛，并加入消光剂搅拌，得到纳米二氧化硅改性丙烯酸酯
13、乳液保护材料，即新型保护材料。1.2 测试方法 采用 NDJ-79 旋转粘度计(上海地质仪器研究院)测试其黏度，吸水率和光泽度的测试方法分别按照 GB/T 1733-93漆膜耐水性测定法11-12和 GB/T 1743-1979漆膜光泽度测定进行测定；按照行业标准 外墙涂料水蒸气透过率的测定及分级(JG/T 309-2011)表征保护材料的透气率13-14；按照 GB/T 3810.4-2006陶瓷砖试验方法 第 4 部分：断裂模数和破坏强度的测定对保护材料的抗折强度进行测定15；按照 GB/T 10125-2012人造气氛腐蚀试验 盐雾试验对保护材料的耐盐雾性进行测定16；按 GB/T 14
14、522-93 机械工业产品用塑料、涂料、橡胶材料人工气候加速试验方法 对保护材料的耐紫老化性进行测定17。保护材料的微观形貌采用日本 HITACHI 扫描探针显微镜、捷克 Tescan Vega3SBU 扫描电子电镜和偏光显微镜(LXP-600C)进行表征。收稿日期 2022-08-26 基金项目 四川省科技计划项目(2021YFS0401)作者简介 苏青(1991-)，男，江苏徐州人，助理实验师，主要研究方向为纳米保护材料/建筑材料。*为通讯作者：邓建国(1966-)，男，四川成都人，教授，学士，主要研究方向为古生物化石保护材料/纳米材料。广 东 化 工 2023 年 第 4 期 30 第
15、50 卷 总第 486 期 2 结果讨论与分析结果讨论与分析 2.1 保护材料的性能 图 1a 密度测试结果显示原乳液与水相比仅增加 4.2%，未加入 SiO2乳液与水相比仅增加 2.3%，说明新型保护材料密度与水相近，具有较好的流动性和渗透性，加入纳米 SiO2对密度影响不大，这为下面黏度测试的转子的选择提供了依据。图图 1 新型保护材料乳液性能分析新型保护材料乳液性能分析(a：密度；：密度；b：粘度：粘度)Fig.1 Performance analysis of the new protective material emulsion(a:density;b:viscosity)由于保护
16、材料的密度与水的密度比较接近，故推测保护材料的黏度同样与水较为接近。故选择 NDJ-79 旋转黏度计的第测定组(用以测定低黏度液体，量程为 150 mPas)测定，然后通过测定去离子水的黏度，确定选择转子系数为 0.1 的转子测定保护材料的黏度14。通过图 1b 中实验数据得出：原乳液与水相比仅仅大 0.4 m.Pa.S，故新型保护材料与水一样具有良好的流动性和渗透性，容易形成平整的薄膜。查得资料得壁画保护材料纯丙乳液粘度值为 1.24 m.Pa.S11，原乳液与壁画保护材料纯丙乳液相比大 0.13 m.Pa.S，故而新型保护材料和壁画保护材料纯丙乳液有相似的性能；11 原乳液黏度比水仅大 0.1 m.Pa.S，与水黏度最为相近，表明保护材料的渗透性、延展性与水较为相似，从而可以证明出保护材料涂覆在硅化木表面具有较好的渗透率，并且能更加深层次地保护硅化木。若对黏度要求较高时，可进行 11 进行配料使用。在“石质文物保护用有机硅材料的制备及应用研究”中提到用于保护重庆大足石刻的有机硅酸酯保护材料的黏度为4.9 mPas，是加入纳米 SiO2乳液的 3.7 倍。证明加入纳米 SiO2的乳液
