SiO2基石质文物加固保护用复合材料制备及性能测试

论文摘要

我国四大石窟是集历史价值、艺术价值和科学价值为一体的石窟的典型代表。作为大型不可移动文物,它们一直暴露在自然环境中,遭受着自然因素和人为因素的侵蚀,因此风化现象日益严重。石质文物是宝贵的文化遗产而且是不可再生资源,因此各国都在研制新材料保护本国文化资源。但是,石质文物有其自身的特殊性,所以对保护材料的性能要求很高。目前纳米复合材料等因为其优良的性能受到广泛关注,本文采用溶胶-凝胶法制备含有纳米颗粒的有机-无机复合材料。实验证明溶胶的稳定性主要受正硅酸乙酯的浓度、氨水的浓度、水的浓度、无水乙醇的浓度、滴定速度和搅拌速度的影响;形成的纳米颗粒的大小和分散性主要受水的浓度和表面活性剂的影响。试验验证甲基三甲氧基硅烷具有良好的综合性能,因此实验选择该物质作为制备复合材料的有机物。当复合材料中它的质量分数为15%时,溶胶的加固吸收率高、低粘度低、凝胶时间短并且稳定性好。实验选择商用加固材料Wacker OH100和KSE OH300作为对照实验。SEM图样显示,放置10天后,涂覆在试样上的Wacker OH100和KSE OH300凝胶的表面出现大量的裂纹。作为砂岩石石质文物用风化加固材料,渗透性和加固强度只能作为评价材料性能的主要标准。材料其它方面的性能也必须要得到保证。在石质试样上的测试结果表明,复合材料引起试样的色差变化小,在相关标准的范围内;复合材料的粘度低,接近于水的粘度;复合材料的加固吸收率明显高于单纯的有机物的;复合材料的透气性比商用加固材料的透气性还要好;复合材料的耐酸、耐碱和耐盐性较好,尤其是耐盐性明显优于商用加固材料;复合材料能够有效降低吸水率和表面吸水率,提高疏水性。以上结果证明实验制备的复合材料具有优良的综合性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源及背景
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 文物保护的意义
• 1.2 云冈石窟概况
• 1.2.1 云冈石窟简介
• 1.2.2 云冈石窟现状
• 1.3 石质文物风化的主要因素
• 1.3.1 风化的内因
• 1.3.2 风化的外因
• 1.4 石质文物的保护
• 1.4.1 文物保护处理的要求
• 1.4.2 石质文物加固材料的国内外研究现状
• 1.4.3 加固材料存在的问题
• 1.4.4 新材料的探索
• 1.5 课题的主要研究内容
• 第2章 材料的制备
• 2.1 引言
• 2.2 溶胶凝胶的制备
• 2.2.1 实验试剂和仪器
• 2.2.2 实验流程
• 2.2.3 溶胶的制备方法
• 2.3 溶胶-凝胶的制备参数和现象
• 2.4 试样的制备
• 2.4.1 玻璃试样的制备
• 2.4.2 石质试样的制备
• 2.5 本章小结
• 第3章 材料的性能测试
• 3.1 引言
• 3.2 溶胶的性能测试
• 3.2.1 表面活性剂的影响
• 3.2.2 反应物的影响
• 3.2.3 反应条件的影响
• 3.2.4 粘度的测试
• 3.3 凝胶的性能测试
• 3.4 石质试样上的性能测试
• 3.4.1 表面感观改变测试
• 3.4.2 加固吸收率
• 3.4.3 吸水率测试
• 3.4.4 表面吸水率测试
• 3.4.5 疏水性测试
• 3.4.6 耐酸性测试
• 3.4.7 耐碱性测试
• 3.4.8 耐盐性测试
• 3.4.9 渗透深度测试
• 3.4.10 透气性测试
• 3.4.11 冻融性测试
• 第4章 实验结果和分析
• 4.1 引言
• 4.2 溶胶的性能测试
• 4.2.1 表面活性剂对分散性的影响
• 4.2.2 不同表面活性剂对表面形貌的影响
• 4.2.3 物质的浓度对颗粒形貌的影响
• 4.2.4 粘度测试
• 4.3 凝胶的测试
• 4.3.1 凝胶的SEM 图像
• 4.4 涂覆材料的粘度测试
• 4.5 石质试样上的性能测试
• 4.5.1 色差变化
• 4.5.2 加固吸收率
• 4.5.3 吸水率
• 4.5.4 表面吸水率
• 4.5.5 渗透深度
• 4.5.6 耐酸性
• 4.5.7 耐碱性
• 4.5.8 耐盐性
• 4.5.9 疏水性
• 4.5.10 透气性
• 4.5.11 冻融性
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢