有機(jī)硅材料在石質(zhì)文物保護(hù)中的應(yīng)用研究

王穎斐?オ?

摘要：我國五千年的歷史孕育了燦爛的文明，作為當(dāng)代的我們應(yīng)當(dāng)重視對中國文明的保護(hù)和繼承，尤其是對現(xiàn)存的石質(zhì)文物進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)，把現(xiàn)代化的材料應(yīng)用到文物保護(hù)中，延緩石質(zhì)文物的損壞，提高了石質(zhì)文物的堅(jiān)固度。本文從化學(xué)學(xué)習(xí)的角度出發(fā)，分析了有機(jī)硅材料對石質(zhì)文物的保護(hù)機(jī)理，并分析了其在文物保護(hù)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：有機(jī)硅材料；石質(zhì)文物；文物保護(hù)

石質(zhì)文物是我國文化遺產(chǎn)的重要組成，在書寫我國燦爛文明中扮演著重要角色，記載了我國文化和歷史的變遷，石質(zhì)文物只要包括石雕、石塔和古建筑等，由于石質(zhì)文物的組成大多以硅酸鹽和碳酸鹽為主，很容易受到來自外界的破壞，從而產(chǎn)生表面和結(jié)構(gòu)的損傷，有機(jī)硅材料在石質(zhì)文物保護(hù)應(yīng)用中具有顯著的效果，因此相關(guān)方面的研究成為熱點(diǎn)。

1.有機(jī)硅材料對是石質(zhì)文物保護(hù)機(jī)理

石質(zhì)文物的結(jié)構(gòu)和構(gòu)成材質(zhì)較為特殊，其很容易受到酸性環(huán)境的侵蝕，有機(jī)硅材料應(yīng)用于石質(zhì)文物保護(hù)中可以作為一種填充材料，作用于文物的空隙，產(chǎn)生凝膠化作用，增強(qiáng)礦物質(zhì)粒子之間的作用力，發(fā)揮其強(qiáng)化加固的作用。有機(jī)硅材料與石質(zhì)文物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后會引起基質(zhì)材料發(fā)生裂縫，在有機(jī)硅材料中添加納米粒子或彈性的鏈狀物質(zhì)可以有效降低其收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力，從而優(yōu)化文物修復(fù)和保護(hù)效果。

當(dāng)前在石質(zhì)文物保護(hù)中常用的有機(jī)硅材料主要是烷氧基硅烷單體，其作用于石質(zhì)文物主要有三個反應(yīng)過程，即材料水解、反應(yīng)縮聚和凝膠化，在材料水解過程中，硅材料和石質(zhì)文物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，水會直接攻擊硅原子結(jié)構(gòu)，破壞有機(jī)硅的化學(xué)鍵，并產(chǎn)生新的脂肪醇和硅醇鍵，而催化劑的加入則會加快水解反應(yīng)的進(jìn)行。有機(jī)硅材料具有很強(qiáng)的防風(fēng)化作用，由于硅材料和文物基體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成了長鏈烷基物質(zhì)，其分子式的化學(xué)鏈變長，這類物質(zhì)有利于憎水基團(tuán)的垂直排列，相鄰?fù)榛g的疏水化作用增強(qiáng)，能夠有效抵抗水分子的侵入，從而增強(qiáng)了修復(fù)膜層的化學(xué)穩(wěn)定性，外界因素對石質(zhì)文物的侵蝕性被削減，有效提高了文物的抗風(fēng)化能力。

有機(jī)硅材料的分子式組成為烷氧基硅烷，其分子結(jié)構(gòu)中的原子結(jié)合方式既包含了硅氧鍵的鍵也有碳碳鍵的聚合，其對水分子和酸性分子的抵抗能力更強(qiáng)，從而兼具加固和抗風(fēng)化的作用。同時(shí)石質(zhì)文物表面上覆蓋的聚硅氧烷分子與文物基體是通過極性鍵連接在一起，其表面的集團(tuán)分布具有很強(qiáng)的秩序性，即非極性端的集團(tuán)暴露在外邊，親水基團(tuán)則排列在內(nèi)部，從而形成了一層致密的防水保護(hù)膜，起到有效的防水防風(fēng)化作用。

2.有機(jī)硅材料在紙質(zhì)文物保護(hù)中的應(yīng)用

2.1 烷氧基硅烷及衍生物

最初用于巖石加固的化學(xué)物質(zhì)是硅酸乙酯，也是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛、工藝最為成熟的巖石加固劑，用硅酸乙酯類產(chǎn)品加固碳酸鹽成分的雕塑碎片具有很好的應(yīng)用效果，經(jīng)過加固處理的雕像可以維持良好的形狀，這也在埃及石質(zhì)文物保護(hù)中進(jìn)行過應(yīng)用。再者，有的研究人員對烷氧基硅烷作為文物加固效果進(jìn)行了研究，并把苯丙乳液、硅丙乳液、水性環(huán)氧乳液、水性氟碳乳液及正硅酸乙酯等幾種化學(xué)材料作為對比材料，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，烷氧基硅烷的文物加固效果最強(qiáng)，對巖石外觀形態(tài)的改變最小，同時(shí)其試件的抗壓性能和耐水強(qiáng)度大幅提升，有機(jī)硅材料在發(fā)生縮聚反應(yīng)后也沒有產(chǎn)生明顯的收縮和破裂。

2.2有機(jī)硅材料的復(fù)合物

有機(jī)硅材料是指將兩種或者兩種以上的有機(jī)硅進(jìn)行混合形成了性能更加優(yōu)良的材料，這種材料改變了單一硅材料存在的缺點(diǎn)，提高了其鏈狀硅物質(zhì)的分子長度，增強(qiáng)了材料的憎水性能。石質(zhì)文物的保護(hù)材料應(yīng)當(dāng)具備較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)固化作用和疏水性能，同時(shí)具備較強(qiáng)的抗?jié)B透性，減少水分子的侵入，并具備很強(qiáng)的抗老化性和機(jī)械性能。有機(jī)硅材料可以通過控制有機(jī)硅單體、聚合物的種類和用量，來調(diào)節(jié)復(fù)合物的各項(xiàng)保護(hù)性能，是綜合性能好的保護(hù)材料。

2.3有機(jī)硅材料的改性

硅氧烷的聚合產(chǎn)物聚硅氧烷具有良好的疏水透氣性能，兼具加固和防風(fēng)化保護(hù)的作用，有機(jī)硅材料改性可以優(yōu)化其使用性能，通過引入彈性鏈物質(zhì)可以增加柔性，有效抵抗毛細(xì)壓力，例如在硅酸乙酯中添加甲基苯基硅油或二甲基硅油，可以得到改善的有機(jī)硅材料復(fù)合物，改善了凝膠結(jié)構(gòu)彈性，在文物保護(hù)中應(yīng)用效果良好。再者將二甲基、二苯基聚硅氧烷、二甲基聚硅氧烷和硅油處理了被酸雨侵蝕、失去膠接物的石碑，使其機(jī)械強(qiáng)度和膠接性能得以改善，同時(shí)具有一定的疏水性，材料賦予風(fēng)化石質(zhì)以一定強(qiáng)度的同時(shí)，具有優(yōu)良的防護(hù)性能。

3.結(jié)語

綜上所述，石質(zhì)文物是寶貴的文化資源，代表著人類創(chuàng)造的燦爛文明，因此我們要加強(qiáng)對文物的保護(hù)力度，由于石質(zhì)文物具有不可移動性，同時(shí)其構(gòu)成材質(zhì)主要是硅酸鹽和碳酸鹽物質(zhì)，很容易受到外界因素的破壞。因此，要科學(xué)選擇材料和修復(fù)和保護(hù)文物，有機(jī)硅材料具有優(yōu)良的性能，具有較強(qiáng)的加固性能、抗水性能和抗風(fēng)化性能，能夠?qū)κ|(zhì)文物產(chǎn)生有效的保護(hù)。

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（作者單位：長郡中學(xué)，湖南 長沙 410000）