[發明專利]一種SiO2/TiO2復合仿生防護膜及其在石質文物表面的制備方法

在審

• 申請號: 201610068668.9
• 申請日: 2016-02-02
• 公開（公告）號: CN105712742A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: 洪坤;徐澤遠;章豪;顏明俊;許瑩;錢國慶;周蘇閩
• 申請（專利權）人: 淮陰工學院
• 主分類號: C04B41/85
• 分類號: C04B41/85
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及領域，具體是一種SiO2/TiO2復合仿生防護膜及其在石質文物表面的制備方法。

背景技術

我國擁有大量珍貴石質文物遺產，包括歷代的石器、石窟、石塔、牌坊、石碑和石雕等。然而，它們大多分布在野外，受惡劣環境的影響，歷經千百年的風吹雨淋。特別是近現代工業所引起的環境污染，正加速這些文物的腐蝕風化，使這些文物失去了其作為歷史文化載體的價值。因此，積極采取有效措施保護這些石質文物是一項緊迫的任務。

保護石質文物最常采用的有效手段是表面防護。表面防護是在石質文物表面覆上一層不改變石材外觀的防護膜，以此來阻擋石材與有害物質的直接接觸，達到保護目的。表面防護材料按其組成一般可分為無機和有機兩大類。

無機防護材料有著悠久的應用歷史，主要有石灰水、氫氧化鋇、硅酸鹽材料等。然而，長期的使用暴露了無機材料很多嚴重的缺陷。這些無機材料粘結性不好且滲透性差，不能深入石材內部進行保護。同時，材料所含的鹽分隨著水循環進入石材內部，由于溫度濕度的變化，鹽分結晶，反而加劇了石材的風化。現代有機防護材料是近幾十年發展起來的，是目前最廣為應用的材料。包括環氧樹脂、丙烯酸樹脂、有機硅樹脂、有機氟聚合物等。和傳統的無機材料一樣，現代有機材料也不能完全滿足人們的需要。問題主要集中在以下幾方面：1）有機材料的疏水性與石材表面的親水性構成了一對矛盾；2）材料表面容易滋生微生物；3）保護時效有限；4）與文物本體相容性較差；5)易老化泛黃等。

新型的石質文物保護材料亟待開發。新材料的應用以及新的合成技術的采用是解決問題的關鍵。本發明采用仿生合成技術制備的SiO₂和TiO₂復合材料能有效提高防護效果。

發明內容

本發明為了解決現有技術的問題，提供了一種SiO₂/TiO₂復合仿生防護膜及其在石質文物表面的制備方法，合成的復合仿生保護膜保障了親水性和耐候性，該合成方法在常溫常壓下即可進行對環境無污染。

本發明提供的SiO₂/TiO₂復合仿生防護膜，包括以下組分：SiO₂，TiO₂和丙三醇，其中SiO₂質量_-占總質量的70%~90%，TiO₂質量_-占總質量的1%~10%，其余為丙三醇。

本發明還提供了一種SiO₂/TiO₂復合仿生防護膜在石質文物表面的制備方法，包括以下步驟：

1）石質文物表面功能化的處理：用去離子水清洗表面浮塵，干燥后用3~10%的十六烷基三甲基溴化銨溶液（CTAB）浸泡預處理30~60min，使石材表面潔凈并功能化。

2）基液的準備：

2.1）制備混合溶液，以正硅酸乙酯（TEOS）或氟硅酸鈉為硅源，加入無水乙醇和丙三醇，按質量比為1∶0.88~1.33∶0.19~0.38，磁力攪拌30~60min,使溶液均勻混合。

2.2）控制納米TiO₂顆粒在混合溶液中的分散制備得到基液，納米TiO₂顆粒加入量，與硅源質量比為1∶20~40，室溫下超聲分散10~30min得到基液。

3）SiO₂/TiO₂復合仿生防護膜的生成：將表面功能化的石質文物放入基液中，緩慢滴加少量氨水和去離子水。氨水用量與硅源質量比為1∶20~40；去離子水用量與硅源質量比為1∶0.72~1.16。滴加結束后，用聚乙烯膜封存20~30h，最后取出清洗、自然干燥，在石質文物表面獲得一層均勻致密，主要成分為SiO₂和TiO₂的復合仿生防護膜。

進一步改進，步驟2）所述的納米TiO₂顆粒為金紅石型納米TiO₂顆粒，能夠提高防護膜的抗菌性能。

本發明有益效果在于：

1）制備的SiO₂/TiO₂仿生防護膜與石材基底結合性好，具有良好的耐酸堿能力、親水性、透氣性、抗菌性能和自潔性。

2）制備的SiO₂/TiO₂仿生防護膜純凈半透明，不影響原石面的光澤度，不改變石質文物的顏色、外觀和手感。