一种石质文物表面保护方法技术

本发明专利技术提供了一种石质文物表面保护方法，其是在石材表面形成一层壳聚糖/二氧化硅复合保护膜。该方法包括如下步骤：1)石材预处理：清洗石材表面；2)石材表面功能化：用阳离子表面活性剂处理清洗后的石材表面，使石材表面功能化；3)表面成膜：将壳聚糖/二氧化硅溶胶在经步骤2)处理后的石材表面形成二氧化硅膜。此外还可用硅烷偶联剂处理壳聚糖/二氧化硅复合膜提高疏水性。通过上述过程处理的石材，可在其表面获得一层结合紧密，耐蚀性好，透明的壳聚糖/二氧化硅复合保护膜。该膜具有突出的耐酸性能，可耐pH＝0的酸溶液的浸蚀。该保护膜还具有良好的耐候性能、耐污性能和耐盐碱性能，且不影响石材的颜色、光泽和手感，制备方法简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石材的表面保护方法，特别涉及石质文物表面壳聚糖/ 二氧化硅复合 保护膜的仿生合成。
技术介绍
石质文物和古迹资源是一类重要的文化遗产，许多珍贵的石质文物暴露在室外自 然环境中，历经千百年风吹日晒，大都发生了严重的腐蚀风化。近现代工业化发展引起的环 境污染以及酸雨等自然现象的作用，更加速了这些石质文物的风化侵蚀，保护好这些珍贵 历史文物是一项迫切的任务。石质文物保护常用的方法是在文物表面使用各种保护材料对文物进行处理以防 止其风化腐蚀，目前已有许多无机、有机保护材料应用于石质文物的保护，但它们各自存在 一些缺点，不能很好地满足石质文物保护的需要。在对石质文物研究过程中，一些研究者发 现，有些保存良好的石质文物表面有一层天然形成的保护膜，其主要成分是草酸钙。这层草 酸钙膜是在微生物作用下得到的一种生物无机膜，即生物矿化膜。在这层保护膜的作用下， 这些石质文物虽历经千年却完好无损，表现出极其优良的耐蚀性能。仿生合成正是基于生物矿化原理发展起来的一种新的材料合成方法，根据材料的 性质需求，可人为调控仿生合成过程，使材料具有很多优越的物理化学性质。本专利技术利用生 物矿化机理，在石材表面仿生合成了一种壳聚糖/ 二氧化硅复合保护膜，该膜具有多孔性 结构，具有优越的耐酸性、耐候性、与基底石材相容性好等优点，且二氧化硅膜还可以根据 需要调节其憎水性能。该仿生合成所需条件温和，对环境无污染，是一种很有潜力的新型石 质文物保护方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种石材表面保护方法，用于石质文物以及其它石质材料 的表面防护。本专利技术运用仿生技术在石质文物表面形成一层与石材基底结合牢固的透明保护 膜，该保护膜的主要成分为二氧化硅。具体地，本专利技术方法包括如下步骤1)石材预处理清洗石材表面；2)石材表面功能化用阳离子表面活性剂处理清洗后的石材表面，使石材表面功 能化；3)表面成膜将壳聚糖/ 二氧化硅溶胶在经步骤2、处理后的石材表面形成壳聚糖/ 二氧化硅复合膜。成膜后的石材还可进一步利用硅烷偶联剂处理壳聚糖/ 二氧化硅复合膜以提高 疏水性，提高保护膜的耐酸、耐污性质。上述步骤1)石材预处理的目的是清洁石材表面，去掉浮灰和其它附着的杂质以及有机物等。石材表面清洗可分别用去离子水和有机溶剂清洗，并干燥。有机溶剂清洗石 材表面可用乙醇、丙酮或二者混合物对石材表面进行处理，降低石材表面能。此外，必要时 还可以先用砂纸对表面进行磨光。上述步骤2、所述的阳离子表面活性剂可选自但不限于十六烷基三甲基氯化铵、 十六烷基三甲基溴化铵等。优选地，所述阳离子表面活性剂为质量百分比浓度3 5%的十六烷基三甲基氯 化铵。配制该溶液时宜使用去离子水。所述壳聚糖/ 二氧化硅溶胶可通过如下方法制备将壳聚糖用稀醋酸溶解，再与 氟硅酸钠过饱和溶液混勻，用硼酸或硅酸钠调节pH至4 6，搅拌至形成溶胶。优选二氧化 硅溶胶通过如下方法制备将壳聚糖溶于稀醋酸(稀醋酸浓度6 12% )制成0. 5 3% 的溶液，将氟硅酸钠制成含量为2 6%的过饱和溶液，将这两个溶液按体积比为1 2至 1 5混合，搅拌15分钟，用硼酸调节溶液pH值至4 6，继续搅拌至形成溶胶，得壳聚糖 / 二氧化硅溶胶。上述步骤幻可采用浸泡、涂刷或喷涂方法将壳聚糖/ 二氧化硅溶胶在经步骤2) 处理后的石材表面形成壳聚糖/二氧化硅复合膜。上述硅烷偶联剂可选自KH-560(3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷)， ΚΗ-570(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)等。优选可采用20%硅烷偶联剂的乙醇 溶液进行表面修饰。更具体地本专利技术方法包括如下步骤1)石材预处理用去离子水清洗清洗石材表面，空气中干燥后，再用无水乙醇浸 泡1小时，空气干燥后备用；2)石材表面功能化配制质量浓度为3 5%的十六烷基三甲基氯化铵溶液，将经 步骤1)处理后的石材浸入该溶液中，半小时后缓慢提拉取出；3)壳聚糖/ 二氧化硅溶胶制备将壳聚糖溶于稀醋酸制成0. 5%的溶液，熟化M 小时，将氟硅酸钠制成含量为2 6%的过饱和溶液，将壳聚糖溶液倒入该溶胶中，使壳聚 糖溶液和氟硅酸钠过饱和溶液的体积比为1 2至1 5，搅拌15分钟，用硼酸调节溶液 PH值至4 6，继续搅拌至形成溶胶；4)表面成膜采用以下方法中的任一种a.将进行表面功能化后的石材浸入混合溶胶中，静置2天后取出，去离子水清洗； 或b.使用涂刷方式，将混合溶胶涂刷在石材表面，涂刷6-9道，每两道涂刷时间间隔 不少于6小时；5)成膜后处理将表面成膜后的石材浸入20%硅烷偶联剂乙醇溶液中处理2 10小时，取出后空气中室温干燥。通过上述过程处理的石材，可在其表面获得一层结合紧密，耐蚀性好，透明的壳聚 糖/ 二氧化硅复合保护膜。该膜具有突出的耐酸性能，可耐pH = 0的酸溶液的浸蚀。该保 护膜还具有良好的耐候性能、耐污性能和耐盐碱性能，且不影响石材的颜色、光泽和手感， 制备方法简单。本专利技术基于生物矿化原理，以氟硅酸钠为硅源，利用壳聚糖为支撑物，调控二氧化硅于室温下在石材表面制备出一层壳聚糖/二氧化硅复合保护膜。其具有以下优点1、由于二氧化硅良好的耐酸性能，该膜具有优良的耐酸、耐蚀性能，能够抵抗PH =0硫酸溶液的侵蚀，可有效提高石材抵抗酸雨侵蚀的能力。2、通过壳聚糖调控二氧化硅在石材表面生长过程，解决了二氧化硅膜的开裂问 题。该保护膜成膜性能优良，具有良好的力学性能和热力学稳定性，可应用于石质文物保 护，为石质文物保护材料的发展提供了新的空间。3、壳聚糖/ 二氧化硅复合仿生膜是一层介孔结构的保护膜，保护膜与大多石材相 容性好，与基底石材结合牢固，不影响石材的外观颜色和手感，满足文物保护的基本要求。 二氧化硅颗粒在石材表面呈球形颗粒堆积，颗粒间的空隙使膜保留了石材自身良好的透气 性能，且可以适当调节保护膜的疏水性能，提高其保护性能。4、该保护膜合成条件温和，在室温条件即可合成，制备方法简单，可使用浸泡、涂 刷等方式在石材表面成膜，且能在多种石材表面成膜，是一种很有潜力的石质文物保护膜。具体实施方法以下实施例进一步说明本专利技术的内容，但不应理解为对本专利技术的限制。在不背离 本专利技术精神和实质的情况下，对本专利技术方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本专利技术 的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。本专利技术中涉及到的百分号“％”，若未特别说明，是指质量百分比；但溶液的百分 比，除另有规定外，是指溶液IOOml中含有溶质若干克；液体之间的百分比，是指在20°C时 容量的比例。实施例1石质文物保护膜的形成以大理石石材为例，具体说明的本专利技术的实施方案。1、石材表面预处理石材样品经过砂纸磨光，用去离子水清洗清洗石材表面，空气 中干燥后，再用无水乙醇浸泡1小时，空气干燥后备用。2、石材表面功能化配制质量浓度约为4%的十六烷基三甲基氯化铵溶液(水溶 液)，将处理好的石材浸入该溶液中，半小时后缓慢提拉取出，使石材表面形成一层易于成 膜且能够调控无机相生长的功能膜。3、溶胶制备用稀醋酸(浓度为10%左右)制备的壳聚糖溶液，待壳聚糖基本 溶解后，熟化M小时。配备氟硅酸钠含量约为4%的过饱和溶液，将两溶液混合，使壳聚糖 溶液和氟硅酸钠过饱和溶液的体积比为1 本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种石材表面保护方法，其是在石材表面形成一层壳聚糖／二氧化硅复合保护膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡钢，何海平，崔剑锋，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：11