聚氨酯材料在紙質文物保護中的應用

劉娟 唐道奎

(1.南京醫科大學康達學院 藥學部，江蘇 連云港 222000；2.中船重工第七一六研究所，江蘇 連云港 222000)

1 引言

中華文明歷史悠久，紙質文物作為每個時代的歷史標志，有著極高的藝術價值和研究價值。時代變遷，紙質文物在時間和空間的演變中，易受到破壞，如發黃、碎化、粉化、老化、霉變、脆裂等，因而對于紙質文物保護和修復的研究，已發展成文物研究的一個重要領域[1]。涂膜加固法是進行紙質文物保護的重要方法之一。該方法是采用天然提取或人工合成的樹脂材料，將其均勻涂抹在紙質文物表面。樹脂滲透入紙質纖維內部，二者發生交聯，通過物理或化學的方法將粉碎化、斷裂的紙質纖維連接，起到加固的作用。同時紙質文物表面，由于有樹脂涂膜，可以對紙質纖維表面起到很好的保護作用，延緩外界不良因素對紙質文物的侵蝕[2,3]。加固涂膜樹脂的選擇至關重要。該樹脂不僅要無色透明，能與紙質纖維發生物理或化學作用，起到長久加固作用，同時要保持紙質文物的色彩、文字，維持其光鮮度[4]。聚氨酯(PU)，即聚氨基甲酸酯樹脂，是一種有機高分子材料，包含異氰酸酯、羥基和羧基等官能團，基本結構單元為氨基甲酸酯基(—NHCOO—)。PU 是優良的樹脂材料，具備良好的彈性、延展性、機械性及粘接性，柔軟度及硬度受溫度影響小，且耐寒、耐堿、耐腐蝕，可作為大型交通工具、橡膠、木材、皮革等的涂膜材料。在紙質文物保護方面，PU 具有潛在的應用前景[5]。

2 改性后的PU在紙質文物保護中的應用

2.1 改性PU—添加紫外線吸收劑的應用[6]

因PU 在紫外線光照下，容易發生降解，造成發黃、脫落，被保護的文物內部微孔堵塞、表面紙張發黃、甚至發生鱗片狀紙屑脫落等，造成文物損傷。因而在PU 材料中加入紫外線吸收劑對PU 進行改性，并研究了改性后的PU 耐光抗老化性能提升，在不改變原貌的前提下，文物的色彩飽和度得以維持。

2.2 改性PU—添加納米顆粒的應用[7]

以水為分散劑制備聚氨酯乳液，在乳液中添加延緩腐蝕劑，采用超聲分散的方法加入TiO2、SiO2等納米材料，制備的改性PU 涂膜無色、透明，且耐酸、耐堿、耐鹽、耐紫外線性能提升。均勻分散的納米顆粒對紫外線具有一定的散射作用，可減少紫外線進入高分子聚合物及文物內部，增加聚合物及文物的耐光、抗老化等性能。

2.3 含硅PU材料的應用[8]

將1,6-己異氰酸酯與雙羥基配位硅配合物進行反應，合成含硅聚氨酯材料，結果表明含硅聚氨酯材料改善了紙質文物的紙張物理強度，將裂化的紙纖維以化學作用的形式進行關聯，提高了紙質文物的耐老化及耐熱性能，降低紙張的收縮性及吸水性，減少了外界不良因素對紙質文物的影響。

2.4 濕固化PU的應用[9]

(1)單一組分濕固化PU。以聚乙二醇600、異佛爾酮二異氰酸酯為起始原料，以二月桂酸二丁基錫為催化劑，制備單一組分濕固化PU。該聚合物無色、透明、平整，機械性能良好，但耐老化及耐紫外線性能有待提高。(2)耐老化性濕固化PU。在單一組分濕固化PU 中加入雙(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯，得到耐老化性濕固化PU，縮短了固化時間，增強了耐老化、耐紫外線性能。(3)防霉性濕固化PU。在耐老化性濕固化PU 中加入納塔霉素，可有效抑制微生物繁殖，可提升PU 材料的耐霉性能。

濕固化PU 可在高濕環境中對文物進行保護、加固，在文物表明形成一層透明、均勻、無氣泡的薄膜，與文物形成整體，增加了文物的物理強度、熱穩定性等。濕固化PU 固化時間、機械強度、粘接性、透光性及耐老化性能均得以改善。

2.5 與偶聯劑配合的PU材料的應用[10]

將1,6-己異氰酸酯與偶聯劑配合使用對紙質文物進行涂膜固化。紙質纖維內部含有多個羥基，這造就了紙質文物吸水性強的特點。而水分含量增加，不僅降低紙張的機械強度，同時易引起微生物繁殖，造成霉變，進而加劇紙張老化。進行高分子材料涂膜后，涂膜分子占據了紙纖維中部分氫鍵的位置，與紙張纖維形成復雜的三維共聚體，能有效提升紙張的物理強度，延緩其老化。而加入低分子偶聯劑，其可到達纖維內部，有效保護氫鍵不被水分子破壞，偶聯劑分子的疏水端置于纖維表面，降低纖維表面能和吸濕性，可增強高分子涂膜材料的潤濕性、滲透性，提高紙質文物的物理強度、熱穩定性和化學穩定性。

2.6 氟硅改性聚氨酯-丙烯酸酯聚合物材料的應用[11，12]

以二羥甲基丙酸、多元醇及異佛爾酮二異氰酸酯、納米材料SiO2、甲基丙烯酸六氟丁酯等合成改性PU 材料，其具備較低的溶脹率、吸水率，可有效改善文物的耐酸堿性、耐水性，增強抗老化性能。

3 結語

改性PU 材料具備良好的物理及化學性能，增加紙質文物的物理強度及化學穩定性，增加其耐受性能，可應用于紙質文物保護；PU 材料在紙質文物保護領域具有潛在的應用前景，但是仍需進一步研究。對于PU 材料的抗老化、耐腐蝕機理，仍需探索；PU 材料本身具有一定的毒性，距離無毒、低毒的文物保護材料仍有一定差距，因此尋找綠色、低毒的PU 材料及制備路線，是PU 材料在紙質文物保護領域得到廣泛應用的關鍵。