石質(zhì)文物用無機—有機疏水納米復合薄膜的制備及其性能.pdf

1、以世界文化遺產(chǎn)-山西云岡石窟寺為代表的我國室外不可移動石質(zhì)文物是人類寶貴的歷史文化遺產(chǎn)。在自然因素的風化作用和人為因素的破壞下，其風化問題日趨嚴重。如不采取有效措施，許多珍貴的石質(zhì)文物將不復存在，而鑒于石質(zhì)文物的特殊性，其對保護材料綜合性能的要求越來越高。納米無機有機復合材料因綜合了納米無機材料和有機物的優(yōu)點而具有疏水、耐老化、殺菌、防紫外線、耐腐蝕和抗氧化等性能，使其在石質(zhì)文物保護中具有良好的應用前景。
　　本論文通過將復合納米

2、粉末加入到具有低表面能的有機物基體中，制備了一種具有優(yōu)異防風化保護效果的無機-有機納米超疏水性復合涂層并對其作為石質(zhì)文物保護材料的保護效果進行了評估。
　　本論文首先采用濕化學方法制備了TiO2包覆SiO2的復合納米顆粒。SEM結(jié)合高分辨TEM分析表明，TiO2包覆SiO2納米顆粒的形貌、分散狀況主要受SiO2載體含量、水添加量、鈦酸四丁酯濃度、滴定速度和時間等因素的影響。此外，甲基橙光催化降解試驗表明TiO2包覆SiO2納米顆粒

3、具有優(yōu)異的光催化效應，而退火溫度對TiO2包覆SiO2納米顆粒的光催化性能有顯著的影響。鑒于TiO2對催化降解對象的非選擇性，我們的結(jié)果也表明了TiO2包覆SiO2納米顆粒能夠有效地應用于延緩微生物降解對石質(zhì)文物的風化作用。
　　隨后，通過采用高能機械球磨結(jié)合超聲分散的方法，將所制備的復合納米顆粒加入到具有低表面能的有機物基體中，制備了幾種無機-有機納米復合超疏水性薄膜。在玻璃片和石頭表面的潤濕角測試表明，納米顆粒顯著地提高了復合

4、涂層的疏水性。納米顆粒含量的變化會影響納米復合材料的疏水性，隨著納米顆粒含量的增加，其疏水性能進一步的增加。由于石頭表面自身所具有的高粗糙度，其潤濕角要高于表面光滑的玻璃片。但當納米顆粒含量超過一定值時，在玻璃片和石頭表面均達到超疏水性效果（潤濕角>150o）。而這一超疏水性的產(chǎn)生是由于在石質(zhì)文物表面形成了一層具有低表面能的微米-納米雙層微觀結(jié)構(gòu)層。
　　作為一種應用于砂巖類石質(zhì)文物的防風化材料，疏水性的好壞并非評價其唯一標準。本

5、文進一步對所合成的無機-有機納米超疏水性復合涂層保護效果在收集于云岡石窟地區(qū)的石頭樣品進行了評估。石質(zhì)文物防風化材料的毛細作用力、吸水率、透氣性、滲透率、耐老化性能、抗凍融以及耐紫外線等相關(guān)性能的測試結(jié)果表明，有機硅類在改善石質(zhì)樣品的毛細作用力、吸水率降低、耐老化性增強能、抗凍融性能及耐紫外線性能有一定作用。盡管納米顆粒的添加對有機物的毛細作用力及吸水率影響效果并不顯著，但納米SiO2顆粒和TiO2包覆SiO2納米顆粒的加入能明顯增強其