含氟聚合物及其对文物的保护研究

【摘要】： 由于自然因素的风化作用，许多人类珍贵文化遗产频临损毁的难题日益增多，有些甚至需要抢救式维修和保护。保护学者们深信，依靠传统工艺与现代科学方法和材料相结合实施文物保护，可达到延长文物寿命的目的。所以，研究出性能良好的适合于文物保护应用的多功能材料已成为文物保护研究的一个迫切任务。 本文对多孔文物结构特点、风化条件和特征以及目前国内外的相关文物加固保护材料及表面封护材料的种类、性能、应用条件、保护效果、评估方法等全面系统的综述，对多孔质无机文物保护材料存在的问题或缺限有了进一步的了解；通过含氟聚合物结构特点、独特的性能、研究进展及含氟聚合物在文物保护应用中的可行性分析，提出了从文物特点、保护原则及要求出发，合成多功能的含氟聚合物，全面系统地研究这些聚合物在多孔文物中的保护效果，并应用于真实文物保护的可行性研究思路。 本研究选用了三氟氯乙烯、四氟乙烯两种含氟单体和其它共聚单体为原料，合成了两种能溶解于常规有机溶剂的低粘度并适合于多孔文物保护的含氟共聚物加固剂：以三氟氯乙烯为主的含氟聚合物F-OH和以四氟乙烯为主的含氟聚合物F4-SS。对配方选择、固化剂的用量及含氟量进行了讨论。利用FTIR、DSC、SEM等方法，对两种含氟聚合物成膜性能、玻璃转化温度及膜的表面特征进行了表征。 分别以国家级文物保护单位的土质、砂岩和砖材文物样品为对象，依据ASTM标准及国际通用文物保护研究方法与评估准则相结合，通过胶化物形成周期、渗透深度、孔隙度、毛细吸水和渗透系数、持水量、抗压强度、抗钻强度、吸附水蒸气的能力、透气性、外观颜色等系列参数的测定，及冻融、冷热循环、酸碱腐蚀后抗压强度的衰减、可溶盐对保护效果的影响、酸碱及光照对表面保护效果的影响，对两种含氟聚合物及其与有机硅的共混物在文物加固保护和表面防护中的可行性和保护效果给予了系统研究。从成膜粘接、填充补缺及材料复合等作用分析了含氟聚合物加固保护多孔文物的作用机理。最后，用两种含氟聚合物对唐代的西安大雁塔、仰韶文化代表的半坡土遗址、西晋时期的钟山砂岩石窟、汉代钟官铸钱陶范、新石器时代彩陶等多孔文物进行了标准实验区的保护实施。 研究结果表明，两种含氟聚合物具有良好的耐化学性、耐候性及尺寸稳定性。5％-30％的F-OH和F4-SS可达到适合于保护对象孔隙要求的渗透深度，土质渗透深度可达到7-10cm；孔隙度为25％左右的砂岩，渗透深度为10-15cm；孔隙度15-20％的岩石，渗透深度为5cm左右；孔隙度30％的砖材，渗透深度为5-7cm。加固强度明显提高2-5倍，而且强度随深度均匀分布。两种含氟聚合物能明显降 西北工业大学博士论文 低三种质地文物材料的毛细吸水系数，因此能很好地抵抗或阻挡水的侵袭，使文 物能经受水的反复浸泡和冲刷破坏，起到保护效果。研究结果也反映出两种含氟 聚合物不明显影响文物的透气性，保持了文物的必要呼吸，起到长效保护的作用。 吸附等温曲线显示，分别用F一OH和F4一55保护过的砂岩及砖材具有与文物材质 本身相一致的吸收水蒸气能力，因此可与周围未处理部分协调一致。同时，F一OH 及F4一55不仅具有良好的耐盐腐蚀性能和表面保护和良好的防紫外线的破坏功 能，而且还具有较强的防水功能和抵抗酸碱腐蚀的能力。应用研究结果表明，两 种含氟材料能显著提高文物自身强度，不改变外观颜色，降低水的侵袭，达到保 护目的。