纳米文物保护材料

市场上现有的文物保护涂料主要分为两类,无机保护材料和有机保护材料,二者的优缺点如下所示:

无机保护材料虽具有耐老化性、寿命长兼容性能良好等优点,但是无机保护材料易生成可溶性盐和岩石发生反应,影响石材外观,导致生成沉积结晶,从而造成石质文物的损害,加速石材的腐蚀。此外,无机材料不可能实现两部分的粘接,表面疏水效果也得不到保证。目前有机保护材料,取得了广泛的应用,在应用前期取得了较好的效果。有较好的粘?#26377;浴?#30095;水性等特点。但有机材料所存在的缺点不容忽视。首先,有机材料与被保护的石质材料的相容性不好,石质文物本身的亲水性和有机保护膜之间憎水性的矛盾会导致石质文物产生应力破坏。其次,有机保护材料存在旋光效应、耐候性差、使用寿命短、容易老化剥离、渗透性差及二次修复性能差等缺点。此外,石质文物表层的有机材料防护膜阻止了可溶性盐在石材内部和表面的迁移,导致结晶应力的产生,造成石质文物表层出现粉状剥离。

本项目根据无机、有机文物保护材料的特点,将无机、有机纳米文物保护材料相结合,制备有机-无机超疏水纳米复合材料,克服了单一有机材料或无机材料的劣势。具体表现为根据文物保护的类别不同,利用通用模版法技术规模化制备各种结构、尺寸精确控制、具有均匀分散性的无机功能纳米晶体,如Ti02SiO2ZnO、SnO2以及文物防水材料,个性化定制出不同的纳米材料。该项目对文物保护具有重大意义,对文物保护材料的发展和应用具有积极的推进作用和借鉴意义,对文化遗产的保护,特别是洛阳文化遗产的保护具有重要意义。

公司的文物保护材料利用量子纳米材料特殊的性能,通过把量子纳米材料与有机高分子聚合物复合,用于文物保护,主要有以下?#22797;?#20248;势:

1疏水疏油性

量子纳米晶体颗粒尺寸小均一,?#32570;?#38754;积大,表面能高,这种表面效应,使其具有很高的物理化学活性和很强的吸附性,可强力吸附气体分子,在材料表面形成一层稳定的气体薄膜,就使得水和油无法在其表面展开。如今随着工业化的发展,环境污染对文物古迹造成的危害日益严峻,纳米复合材料的疏水疏油性将为发展新型文物保护层材料提供新的方法,该类材料在阻止水蒸气,有机物,酸雨等有害物质对文物的?#36136;?#26041;面将会起到不可估量的作用。

2自呼吸透气性

呼吸性是指保护材料能使文物内部的水气随着外界环境的变化而在文物内外自由出入,保持内外湿度的平衡。对于石质文物?#27492;擔?#30707;材本身具有很多微小的毛细孔,可与外界水气自由交换,当表面涂刷防水性保护材料后,随着外界温湿?#32570;?#21270;,该憎水性保护膜会使石材内外层产生明显的湿度差,因而在保护层交界面会产生膨胀收缩应力。随着温湿度的频繁变化,石材的干湿交界处就会产生破坏。将纳米粒子添加进文物保护材料中,会使材料与文物间的“微?#20005;丁?#22686;多,从而会提高文物的透水透气性。因此,保护材料中适量的添加纳米材料不会堵塞文物的毛细孔,还会提高文物的“呼吸性?#34180;?/span>

3减小光辐射

光辐射是影响文物寿命的重要环境因素,特别是紫外线照射能加速文物的老化。纳米微粒的?#26412;?#23567;,材料以离子键和共价键为主要结合力,对光的吸收能力较强,能够有效屏蔽光线,将其应用于文物表面保护,有利于文物抗紫外线?#28034;?#32769;化。例如纳米 TiO2被广?#27827;米?#25239;紫外线吸收?#31890;?#20855;有优良的吸收紫外线的功能。无机纳米粉体可作为防紫外材料,由于纳米TiO2SiO2ZnO等材料具有半导体性质,可通过吸收或散射紫外光等作用来降低紫外线的透过率。纳米材料的量子尺寸效应,会使其对光吸收产生“蓝移”和“宽化”的现象,因此对紫外光的吸收效果会显著增强。因此,将纳米材料应用于文物保护上可避免或减弱紫外线对文物?#32435;?#23475;。

4透明度好

文物保护用封护材料要求要透明无眩光,能够清晰显示文物本体的面貌。基于纳米材料的体积效应,人类可以通过控制纳米材料的大小与形状,达到对同一种化学组成材料的基本特性如颜色、光、电、磁等性质的控制的目的。

5)?#26412;?#25239;微生物、防苔藓

细菌等微生物危害会引起文物特别是有机质文物的糟朽?#20272;謾?/span>封护材料要求具有一定的防腐性能。由于纳米材料有强大的吸附性,可?#31859;?#25239;菌材料,纳米二氧化?#30505;?#20108;氧化硅等抗菌性较好,量子纳米文保产品含有抗菌、抗苔藓生长的银纳米材料的复合材料。

本公司研发的纳米文物保护材料可达到下列性能要求:

吸水率0.06%

? 水蒸气透过量7.0g/24h·m2

? 样品表面外观:

a. 15个耐酸循环:表面无变化、无?#30416;啤?#26080;起泡。

b. 60个冻融循环:表面无变化、无粗糙现象。

c. 20个耐盐循环:表面无变化、无?#30416;啤?#26080;粉化。

? 接触角(°)

a. 初始≥125°

b. 15个耐酸循环≥115°

c. 60个冻融循环≥115°

d. 20个耐盐循环≥115°

④ 抗压强度(MPa)

a. 初始 46MPa

b. 15个耐酸循环≥42MPa

c. 60个冻融循环≥42MPa

d. 20个耐盐循环≥42MPa