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杂化材料及其在古象牙文物保护中的应用研究

邱泽皓  
【摘要】:为研制新型文物保护材料,用于成都市金沙古象牙文物的保存与加固,研究了溶胶-凝胶法制备的有机无机杂化材料用于古象牙保护的可能性,分别制备出了PMMA/SiO_2杂化材料、HEC/SiO_2杂化材料、PVA/SiO_2杂化材料和PDMS/SiO_2杂化材料,通过调节反应温度、有机物与无机物之间的比例及其它反应助剂的用量等,详细研究了各种工艺参数对杂化材料凝胶时间及宏微观结构的影响;用红外光谱仪、扫描电镜、高温综合热分析仪、能谱仪等对杂化材料结构与性能进行表征,确定了以上四种杂化材料制备的优化工艺参数。结果表明,取适当的有机物与无机物比例、水与TEOS比例,在酸催化条件下,干燥控制化学添加剂/TEOS体积比为1/100,反应温度为50-60℃制备杂化材料最为适宜,材料复合较好,可形成均一、无相分离的杂化材料。在本研究条件下PMMA/SiO_2与PVA/SiO_2杂化材料结构中未发现有形成新的化学键合的证据,而HEC/SiO_2和PDMS/SiO_2杂化材料则可能形成了新键。PVA/SiO_2杂化材料和PDMS/SiO_2杂化的抗紫外老化性能测试结果表明,以上两种杂化材料,特别PDMS/SiO_2杂化材料的抗紫外老化性能优良。 用密度与古象牙类似,孔隙率更小的轻质保温砖为古象牙的模拟体,将PVA/SiO_2杂化材料和PDMS/SiO_2杂化材料用于古象牙加固的模拟实验,用万能材料试验机测试了加固模拟体的强度。结果表明,古象牙模拟体(轻质保温砖)经以上杂化材料浸渍加固后,强度得到较大幅度提高。 以PDMS/SiO_2杂化材料为浸渍材料,使用真空设备在真空条件下加固的古象牙样品在38℃恒温烘箱内持续保温30天后仍保持原有形态,未发生开裂;以PVA/SiO_2杂化材料为浸渍材料,使用真空设备在真空条件下加固古象牙后,出现一些裂纹,但样品在38℃恒温烘箱内持续保温38天后仍保持原有形态,裂纹未见明显发展。所以PDMS/SiO_2杂化材料已基本达到保护古象牙的目的。 根据古象牙保护原则,比较以上四种杂化材料的制备工艺及材料性能,PDMS/SiO_2可作为杂化材料加固古象牙的首选,通过今后的改进研究,PVA/TEOS杂化材料也可作为备选材料。 因此,根据文物保护材料选择原则和古象牙内部结构特点,选择溶胶-凝胶法制备的杂化材料为古象牙的保护材料是较为合理的。


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