有機(jī)硅在文物保護(hù)中應(yīng)用

1、有機(jī)硅在文物保護(hù)中的應(yīng)用有機(jī)硅在文物保護(hù)中的應(yīng)用1 我們?yōu)槭裁匆獙ξ奈镞M(jìn)行保護(hù)？我們?yōu)槭裁匆獙ξ奈镞M(jìn)行保護(hù)？ 文物保護(hù)是當(dāng)今一個(gè)很重要的課題，在全世界范圍內(nèi)受到越來越多的關(guān)注。中國是一個(gè)歷史文明古國，物質(zhì)文化遺產(chǎn)種類繁多、數(shù)量豐富、地域分布廣泛。這些寶貴的文化遺產(chǎn)是古代文明的信息載體，是歷史、文化藝術(shù)和科學(xué)研究中極為重要的實(shí)物資料，是科學(xué)發(fā)明和技術(shù)創(chuàng)新的借鑒和源泉，是改善人類物質(zhì)和精神生活條件的基本資源。2 用有機(jī)硅進(jìn)行文物保護(hù)有什么用有機(jī)硅進(jìn)行文物保護(hù)有什么優(yōu)勢？優(yōu)勢？ 因?yàn)橛袡C(jī)硅材料具有很高的對能量的穩(wěn)定性；其化學(xué)性質(zhì)介乎于有機(jī)與無機(jī)之間，有較好的耐候性、耐熱性、耐玷污性、耐化學(xué)藥品性、僧

2、水性及阻燃性，對紫外線、臭氧有良好的穩(wěn)定性，相比較其他材料更有優(yōu)異的“呼吸性”，它不損害或基本不損害文物對空氣和水蒸氣的透過性。3 有機(jī)硅在文物保護(hù)方面的發(fā)展有機(jī)硅在文物保護(hù)方面的發(fā)展 國外很早就開始了有機(jī)硅用于文物保護(hù)方面的探索研究，1861年，德國著名化學(xué)家霍夫曼（A. W. Hofmann)就提出，石英和酒精的聚合物可以應(yīng)用到巖石增強(qiáng)保護(hù)中；1956年硅酸乙酯被成功的應(yīng)用到壁畫保護(hù)中。1960-1970年，硅酸乙酯研究成熟，進(jìn)入大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用到天然與人造礦物材料的增強(qiáng)保護(hù)中。隨著工業(yè)和民用的需求，開發(fā)了多種有機(jī)硅材料(有甲基硅醇鹽、硅樹脂、硅烷、有機(jī)硅乳液等等)，此類材料在歐

3、洲被廣泛使用于各個(gè)領(lǐng)域。目前，在德國、日本、美國己成功研制了數(shù)種有機(jī)硅材料并應(yīng)用于文物保護(hù)領(lǐng)域。 我國將有機(jī)硅材料用于文物保護(hù)起步較晚，始于二十世紀(jì)80年代。八十年代初，故宮博物院和化工部涂料研究所合作開發(fā)了有機(jī)硅防風(fēng)化材料SioR-17，在防水性、外觀質(zhì)感方面，通過實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場試驗(yàn)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都達(dá)到或超過了曾應(yīng)用在德國科隆大教堂的美國道康寧公司的防風(fēng)化材料。1981年化工部涂料所與故宮博物館共同研制的SioR-31有機(jī)硅彩畫保護(hù)涂料，效果良好。我國上世紀(jì)70年代為了保護(hù)光學(xué)玻璃及其光學(xué)膜層而研制并取得成效的長鏈烷基烷氧機(jī)硅烷(其中十二烷基三甲氧基是一個(gè)代表)，于1987年移置于文物保護(hù)領(lǐng)域

4、，到現(xiàn)在己逐步擴(kuò)展開來。4 機(jī)硅材料在文物保護(hù)方面的應(yīng)用機(jī)硅材料在文物保護(hù)方面的應(yīng)用 出土的文物依其質(zhì)地大致可以分為三大類：無機(jī)文物，有石質(zhì)文物、土質(zhì)文物、陶質(zhì)、磚瓦類和金屬制品。有機(jī)文物，有絲綢、紙張、木器、皮制品等。復(fù)合材料文物，有畫、泥塑等。4.1 有機(jī)硅在無機(jī)文物保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用有機(jī)硅在無機(jī)文物保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用4.1.1石質(zhì)文物石質(zhì)文物特點(diǎn)：特點(diǎn)：石質(zhì)文物的風(fēng)化機(jī)理比較復(fù)雜，既有物理作用、化學(xué)作用、生物作用，還有人為作用。方法：方法：針對石質(zhì)文物的特征和風(fēng)化蝕變的原因，國內(nèi)外均采用在其表面涂一層保護(hù)膜的方法來保護(hù)石質(zhì)材料。主要開發(fā)了環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂，丙烯酸樹脂丙烯酸樹脂，有機(jī)有機(jī)硅材料硅材

5、料和多種無機(jī)材料多種無機(jī)材料。其中有機(jī)硅材料效果最為顯著，其除兼具高分子材料的一般特性外，其結(jié)構(gòu)與石質(zhì)文物的結(jié)構(gòu)具有相似性。有機(jī)硅的憎水性對文物保護(hù)的影響：有機(jī)硅的憎水性對文物保護(hù)的影響： 大型石質(zhì)文物表面的憎水性化學(xué)保護(hù)在保護(hù)劑滲透深度僅幾毫米的情況下有可能產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞作用。巖石的強(qiáng)度越小,吸水率越高,越容易受到破壞;保護(hù)劑的憎水性越強(qiáng),界面應(yīng)力越集中,破壞速度將越快。 破壞的主要原因是被保護(hù)部分的憎水性和巖石基底的親水性在干濕過程中產(chǎn)生的物理性質(zhì)的差異和界面應(yīng)力。通過水在巖石內(nèi)部的運(yùn)移和相變過程,鹽結(jié)晶、加熱、凍融將加劇表面保護(hù)層的破壞速度,其中鹽結(jié)晶的影響最大,加熱和凍融次之。 因此，

6、我們在石質(zhì)文物的保護(hù)中應(yīng)該謹(jǐn)慎使用憎水性表面化學(xué)保護(hù)。在必須使用時(shí)應(yīng)注意: 應(yīng)了解水(潮汽)在巖體內(nèi)外的運(yùn)移和相交情況,避免干濕循環(huán)本身產(chǎn)生和由此引發(fā)的應(yīng)力破壞; 應(yīng)了解可溶鹽在巖石內(nèi)部的運(yùn)移情況,注意巖體脫鹽和隔離鹽的來源; 避免環(huán)境溫度和濕度的急劇波動(dòng)以減緩破壞速度; 使化學(xué)保護(hù)劑滲透巖體達(dá)到相當(dāng)深度以抗衡界面應(yīng)力,或建立憎水梯度以分散界面應(yīng)力。4.1.2 土質(zhì)文物土質(zhì)文物 特點(diǎn)：特點(diǎn)：主要成分為硅酸鹽，Si02含量占4060： 面積一般比較大，大多數(shù)在室外且直接與大地相連，長期經(jīng)受風(fēng)吹日曬雨淋； 受凍融、大氣污染、微生物侵害、鹽的溶解結(jié)晶、震動(dòng)等的影響； 絕大多數(shù)土遺址都不同程度地?fù)p傷，

7、開裂、塊狀剝落，甚至坍塌，有的已搖搖欲墜、岌岌可危。 土遺址保護(hù)主要從防水、固化、防塵和防腐等方面考慮。國內(nèi)外開發(fā)了多種類型的保護(hù)材料，包括無機(jī)材料，有機(jī)材料和無機(jī)有機(jī)復(fù)合材料等。u無機(jī)材料有氫氧化鈣、氫氧化鋇溶液、鉀、鈉水玻璃等；u有機(jī)材料包括有機(jī)樹脂溶液，各種具有反應(yīng)性基團(tuán)的樹脂體系如聚氨酯、聚酯、有機(jī)硅等。u無機(jī)-有機(jī)復(fù)合材料有甲基三乙氧基硅烷-PS、聚有機(jī)硅-聚丙烯酸酯IPN、硅溶膠-PVA、硅溶膠-硅樹脂等。用有機(jī)硅樹脂加固封護(hù)土質(zhì)文物的優(yōu)點(diǎn)是：用有機(jī)硅樹脂加固封護(hù)土質(zhì)文物的優(yōu)點(diǎn)是： 滲透性好，滲透深度可達(dá)2025 mm，滲透時(shí)間僅需24小時(shí)； 結(jié)合力強(qiáng)，滲透液在土質(zhì)中固化后像一張網(wǎng)

8、，在各空隙之間形成一種以土質(zhì)為基體、以有機(jī)硅樹脂為增強(qiáng)劑的復(fù)合材料，使內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加致密，因而提高土石質(zhì)文物的整體強(qiáng)度，抗壓強(qiáng)度可提高2倍； 耐老化性好，有機(jī)硅高聚物中主鍵上Si-O鍵的鍵能(1 08kcalm01)比普通有機(jī)高聚物中C-C鍵的鍵能(83kcalm01)大，且硅原子連接的烴基被氧化后生成交聯(lián)的更加穩(wěn)定的Si-0-Si鍵，老化后的產(chǎn)物二氧化硅，對土遺址的結(jié)構(gòu)沒有多大的影響。4.1.3 磚、瓦、素陶等文物磚、瓦、素陶等文物特點(diǎn)：特點(diǎn)：磚、瓦、陶等文物是由土坯經(jīng)過人工高溫?zé)贫?。土坯燒制過程中，產(chǎn)生不均勻分布的孔隙，且孔隙尺寸較大，容易受水及水中可溶鹽的侵蝕而風(fēng)化。保護(hù)方法：保護(hù)方法

9、：將聚合物以稀溶液的形式滲入磚體內(nèi)部的孔隙或滲人由于風(fēng)化引起的文物損壞部位，聚合后形成的膠化物填補(bǔ)并加固了風(fēng)化的文物，從而增強(qiáng)了文物的機(jī)械強(qiáng)度，抑制或減緩水的侵蝕，起到對文物的保護(hù)作用。 對于磚石文物的表面防水處理，有機(jī)硅化合物顯示出優(yōu)良的性能。有機(jī)硅加固陶質(zhì)文物滲透性非常好，與基體結(jié)合牢固，是一種理想的加固材料。任重遠(yuǎn)等用GDS-106有機(jī)硅采用浸滲法對陶片進(jìn)行加固，其抗壓強(qiáng)度從原來的2302Mpa提高到4892Mpa，吸水性也明顯下降，具有抗紫外老化性能。4.1.4 進(jìn)金屬制品進(jìn)金屬制品 4.1.4.1 青銅文物青銅文物 表面封護(hù)是青銅文物防腐蝕保護(hù)過程中的最后步驟，其目的，就是隔離和減緩

10、自然環(huán)境中的各種因素對文物的不利影響，以延長文物的壽命。硅類材料以Si-O-Si鍵為主鏈，鍵能極高，由于它們在化學(xué)結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，與基材粘附牢固，憎水透氣、耐候、耐老化，具有良好的光穩(wěn)定性能，且無毒，涂施工藝簡便易行，其中甲基三甲氧基硅烷和甲基三乙氧基硅烷在我國應(yīng)用較為成功。4.1.4.2 鐵質(zhì)文物鐵質(zhì)文物 鐵質(zhì)文物易腐蝕，出土后若保存不當(dāng)，很快就會(huì)產(chǎn)生大面積的銹蝕，故而鐵質(zhì)文物的保護(hù)應(yīng)在文物出土后及時(shí)進(jìn)行。 因?yàn)橛袡C(jī)硅在文物保護(hù)是主要依靠的是與文物表面羥基的結(jié)合，以致形成一層保護(hù)膜從而保護(hù)文物。顯然，鐵質(zhì)文物表面并不存在羥基。 研究表明有機(jī)硅對帶銹鐵質(zhì)文物保護(hù)中的應(yīng)用是成功的。銹蝕層為有機(jī)硅的

11、自聚提供了廣闊的空間，有機(jī)硅在鐵銹中的自聚既有效地阻斷了鐵質(zhì)本體與外界水分的接觸，同時(shí)又對銹蝕外層較為疏松的部分進(jìn)行了加固，有效地保護(hù)了鐵質(zhì)文物。4.2 有機(jī)硅在有機(jī)文物保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用有機(jī)硅在有機(jī)文物保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用4.2.1 絲質(zhì)文物絲質(zhì)文物特點(diǎn)：特點(diǎn)：分為動(dòng)物蛋白纖維和植物纖維，前者有較強(qiáng)的耐自然腐蝕能力，但兩者都容易受到微生物及昆蟲的侵害，是微生物的營養(yǎng)來源。出土織物由于自然的腐蝕作用，纖維已經(jīng)變得十分脆弱，纖維的抗拉強(qiáng)度、耐折度都很小。 在絲織文物保護(hù)的技術(shù)還不是很成熟，目前張曉梅等開發(fā)了一種有機(jī)硅改型的丙烯酸樹脂，對織物進(jìn)行加固表明其耐老化、耐沾污性、耐霉菌等方面具有優(yōu)良的特性，效果明

12、顯。但該處理是不可逆的，使用時(shí)應(yīng)非常謹(jǐn)慎。4.2.2 4.2.2 木質(zhì)文物木質(zhì)文物 木材本身具有吸濕性，發(fā)掘出土的木質(zhì)文物多飽含水分，為了長期保存出土木材，應(yīng)該把木材中含有的水分用其它穩(wěn)定的物質(zhì)將其置換出來，或者把引起木材變形的不安定的水分強(qiáng)制出去。替代水的穩(wěn)定物質(zhì)，常用分子量為30003700的聚乙二醇PEG一4000，而要強(qiáng)制除去水分，采用真空凍結(jié)干燥法最有效。還可以用有機(jī)硅樹脂處理保持木材文物的柔軟性。4.3 有機(jī)硅在復(fù)合材料類文物保護(hù)的應(yīng)用有機(jī)硅在復(fù)合材料類文物保護(hù)的應(yīng)用 最常見的壁畫病害有空鼓、起甲、酥堿、煙熏、表面污染、地仗脫落、顏料層脫落、裂隙、劃痕等。 有機(jī)硅主要用于壁畫的加固和表面憎水處理，且相較于其它表面封護(hù)劑有很多優(yōu)點(diǎn)。趙科等針對彩繪文物保護(hù)材料研究表PrimalAC33、B72和有機(jī)硅的耐老化性能好，而且顏色變化小，粘結(jié)強(qiáng)度高，能夠很好的起到加固和保護(hù)彩繪文物的作用。有研究表明有機(jī)硅環(huán)氧樹脂是理性的潮濕壁畫加固材料，有機(jī)硅提高了環(huán)氧的耐水、耐候性，并且能保持畫面的透氣性。5 有機(jī)硅在文物保護(hù)中存在的問題有機(jī)硅在文物保護(hù)中存在的問題1、應(yīng)用不夠、2、缺乏