[發明專利]一種基于納米復合材料的露天磚石質文物加固保護方法

有效

• 申請號: 202011075567.7
• 申請日: 2020-10-09
• 公開（公告）號: CN112209741B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 曹頤戩;王聰;瑪拉·卡瑪依蒂
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C04B41/52
• 分類號: C04B41/52
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種基于納米復合材料的露天磚石質文物加固保護方法，使用絮狀纖維素均勻覆蓋待加固文物表面，將納米SiO₂分散到去離子水中后，在封口膜保護下滴加到纖維素，再將正硅酸四乙酯與Silo 112的混合液直接滴加到文物表面持續進行直到基材飽和。整個過程無需高溫高壓等極端條件，可在戶外露天環境進行，具有較高實用性。由于納米SiO₂水分散液的滲透性能優異，可以直達2厘米及以上深度，保證了深層的加固效果。在加固磚石質文物的同時賦予基材疏水性能，加固處理后的基材表面水接觸角＞100°。本發明使用的原材料成本適中，且對人和環境無毒害，綠色環保。

技術領域

本發明屬于文物保護材料及技術領域，涉及一種基于納米復合材料的露天磚石質文物加固保護方法。

背景技術

磚石質文物，包括歷代的石窟寺、石雕像、摩崖石刻、牌坊石橋、石碑刻以及長城、古城墻等，在我國的分布范圍十分廣泛，且遺存數量眾多。這些磚石質遺跡具有較高的歷史、藝術和科學價值，是不可再生的文化遺產，是我國歷史文化遺產的重要組成部分，是中華名族數千年璀璨文化的見證。然而事實上，由于大部分的磚石質文物直接暴露在自然環境中，長期遭受由物理因素、化學因素和生物因素等造成的各種病害，例如起甲、溶蝕、剝落、泛鹽、粉化、裂隙等。究其原因，從微觀層層面上看，病害的起因是石材內部各組分間逐漸失去內聚力并且逐漸崩解。因此，針對劣化磚石質文物的加固保護十分迫切。

加固保護指的是將加固材料引入劣化材料的內部，重新賦予原材料內聚力的措施。整個過程意在修復基材的機械強度并且延長其保存時間，同時又不改變基材的外觀和原始的結構性能。國內外最為常用的加固材料是主要是有機高分子材料和無機材料。常用的有機材料包括丙烯酸樹脂、環氧樹脂和乙烯基樹脂等。隨著多年的實踐應用，有機高分子材料表現出了各異的性能缺陷，例如丙烯酸樹脂、環氧樹脂的穩定性差，老化過程中易泛黃變色，乙烯基樹脂在老化過程中釋放的有害副產物會損害石材本體等，現階段已經較少使用。另一方面，以四乙氧基硅烷(TEOS)，甲基三甲氧基硅烷(MTMOS)和甲基三乙氧基硅烷(MTEOS)為代表的烷氧基硅烷在現階段的使用更為廣泛。雖然烷氧基硅烷能有效加固硅酸鹽類石材，但是其對碳酸鹽類石材的加固效果不佳。此外，加固效果易受外界因素影響，例如溶劑種類、環境溫度、濕度、操作方法等因素。近年來，以納米SiO₂，納米Ca(OH)₂等為代表的納米材料和納米復合材料也被嘗試用于磚石質文物的保護研究，納米材料優異的性能受到文物保護工作者的廣泛關注。然而在規模化應用和推廣之前，諸如納米粒子尺寸和性能之間的關系、分散體系的穩定性、環境因素對加固效果的影響等關鍵技術問題仍亟待解決。

目前，我國也有一些涉及磚石質文物加固保護材料和方法的專利，如專利號CN101343191B的中國專利公布了一種以醇類為溶劑配制的磷和鋁為主要成分的溶液用于加固石質文物。磷和鋁的溶液滲透到巖石微孔內以后，隨著溶劑的揮發和空氣中水分的進入，產生膠凝作用，生產的以磷酸二氫鋁為主的無機物可以粘結接劣化巖石的微顆粒和微裂隙，達到加固石質文物的目的。該發明的制備條件和使用方法簡便，加固效果明顯。該方法將含有鋁、鈦等天然石材原本不含有的異源物質引入基材，加固材料與石材間長期的物理、化學兼容性存疑，且材料在露天自然環境中的耐候性也未知。

專利號CN104045294B的中國專利公開了一種用于磚石質文物加固的無機膠凝材料及其制備方法。加固材料的組成有石灰石、紅粘土、黃粘土、粉煤灰和石英砂，制備得到的膠凝孔隙率達47％，平均抗壓強度不低于12.00MPa，能夠有效加固磚石質文物。該方法使用原材料種類較多，且制備過程復雜。

專利號CN104163656B的中國專利公開了一種加固碳酸鹽巖類石質文物的方法。先將巖石表面清洗干凈，隨后使用酒石酸氨溶液處理巖石表面，再用改性的正硅酸乙酯溶膠加固基材。該方法使用酸性物質(pH＝3.8-4.4)處理碳酸鹽巖類石質文物，破壞石質文物的化學完整性，不符合文物保護的基本原則。