納米文物保護材料

市場上現有的文物保護涂料主要分為兩類,無機保護材料和有機保護材料,二者的優缺點如下所示:

無機保護材料雖具有耐老化性、壽命長兼容性能良好等優點,但是無機保護材料易生成可溶性鹽和巖石發生反應,影響石材外觀,導致生成沉積結晶,從而造成石質文物的損害,加速石材的腐蝕。此外,無機材料不可能實現兩部分的粘接,表面疏水效果也得不到保證。目前有機保護材料,取得了廣泛的應用,在應用前期取得了較好的效果。有較好的粘接性、疏水性等特點。但有機材料所存在的缺點不容忽視。首先,有機材料與被保護的石質材料的相容性不好,石質文物本身的親水性和有機保護膜之間憎水性的矛盾會導致石質文物產生應力破壞。其次,有機保護材料存在旋光效應、耐候性差、使用壽命短、容易老化剝離、滲透性差及二次修復性能差等缺點。此外,石質文物表層的有機材料防護膜阻止了可溶性鹽在石材內部和表面的遷移,導致結晶應力的產生,造成石質文物表層出現粉狀剝離。

本項目根據無機、有機文物保護材料的特點,將無機、有機納米文物保護材料相結合,制備有機-無機超疏水納米復合材料,克服了單一有機材料或無機材料的劣勢。具體表現為根據文物保護的類別不同,利用通用模版法技術規模化制備各種結構、尺寸精確控制、具有均勻分散性的無機功能納米晶體,如Ti02SiO2ZnO、SnO2以及文物防水材料,個性化定制出不同的納米材料。該項目對文物保護具有重大意義,對文物保護材料的發展和應用具有積極的推進作用和借鑒意義,對文化遺產的保護,特別是洛陽文化遺產的保護具有重要意義。

公司的文物保護材料利用量子納米材料特殊的性能,通過把量子納米材料與有機高分子聚合物復合,用于文物保護,主要有以下幾大優勢:

1疏水疏油性

量子納米晶體顆粒尺寸小均一,比表面積大,表面能高,這種表面效應,使其具有很高的物理化學活性和很強的吸附性,可強力吸附氣體分子,在材料表面形成一層穩定的氣體薄膜,就使得水和油無法在其表面展開。如今隨著工業化的發展,環境污染對文物古跡造成的危害日益嚴峻,納米復合材料的疏水疏油性將為發展新型文物保護層材料提供新的方法,該類材料在阻止水蒸氣,有機物,酸雨等有害物質對文物的侵蝕方面將會起到不可估量的作用。

2自呼吸透氣性

呼吸性是指保護材料能使文物內部的水氣隨著外界環境的變化而在文物內外自由出入,保持內外濕度的平衡。對于石質文物來說,石材本身具有很多微小的毛細孔,可與外界水氣自由交換,當表面涂刷防水性保護材料后,隨著外界溫濕度變化,該憎水性保護膜會使石材內外層產生明顯的濕度差,因而在保護層交界面會產生膨脹收縮應力。隨著溫濕度的頻繁變化,石材的干濕交界處就會產生破壞。將納米粒子添加進文物保護材料中,會使材料與文物間的“微裂隙”增多,從而會提高文物的透水透氣性。因此,保護材料中適量的添加納米材料不會堵塞文物的毛細孔,還會提高文物的“呼吸性”。

3減小光輻射

光輻射是影響文物壽命的重要環境因素,特別是紫外線照射能加速文物的老化。納米微粒的直徑小,材料以離子鍵和共價鍵為主要結合力,對光的吸收能力較強,能夠有效屏蔽光線,將其應用于文物表面保護,有利于文物抗紫外線和抗老化。例如納米 TiO2被廣泛用做抗紫外線吸收劑,具有優良的吸收紫外線的功能。無機納米粉體可作為防紫外材料,由于納米TiO2SiO2ZnO等材料具有半導體性質,可通過吸收或散射紫外光等作用來降低紫外線的透過率。納米材料的量子尺寸效應,會使其對光吸收產生“藍移”和“寬化”的現象,因此對紫外光的吸收效果會顯著增強。因此,將納米材料應用于文物保護上可避免或減弱紫外線對文物的傷害。

4透明度好

文物保護用封護材料要求要透明無眩光,能夠清晰顯示文物本體的面貌。基于納米材料的體積效應,人類可以通過控制納米材料的大小與形狀,達到對同一種化學組成材料的基本特性如顏色、光、電、磁等性質的控制的目的。

5)殺菌、抗微生物、防苔蘚

細菌等微生物危害會引起文物特別是有機質文物的糟朽霉爛。封護材料要求具有一定的防腐性能。由于納米材料有強大的吸附性,可用做抗菌材料,納米二氧化鈦,二氧化硅等抗菌性較好,量子納米文保產品含有抗菌、抗苔蘚生長的銀納米材料的復合材料。

本公司研發的納米文物保護材料可達到下列性能要求:

吸水率0.06%

? 水蒸氣透過量7.0g/24h·m2

? 樣品表面外觀:

a. 15個耐酸循環:表面無變化、無裂紋、無起泡。

b. 60個凍融循環:表面無變化、無粗糙現象。

c. 20個耐鹽循環:表面無變化、無裂紋、無粉化。

? 接觸角(°)

a. 初始≥125°

b. 15個耐酸循環≥115°

c. 60個凍融循環≥115°

d. 20個耐鹽循環≥115°

④ 抗壓強度(MPa)

a. 初始 46MPa

b. 15個耐酸循環≥42MPa

c. 60個凍融循環≥42MPa

d. 20個耐鹽循環≥42MPa


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