[发明专利]石质文物用无机-有机超疏水纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于石质文物防风化保护的超疏水复合材料，尤其是一种用于石质文物防风化保护的无机-有机超疏水纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

中华民族在长达五千年的文化历史中存留下来的诸多珍贵历史与文化遗产中，石窟寺、摩崖题刻和碑刻等不可移动文物是其中的精华。据统计，我国的石窟、摩崖造像总计超过250处，仅国家级重点文物保护单位就多达30多处，省级保护单位94处。2001年列入《世界遗产名录》的敦煌石窟、云冈石窟、龙门石窟、大足石窟是我国众多石窟石质文物中的杰出代表。但是这类文物普遍存在水患、结构失稳、表面风化等三大问题且日益严重亟待解决。长期的风化作用对石质文物造成了严重破坏，特别是工业发展导致的环境污染和酸雨对这些石质文物的侵蚀日趋严重。鉴于以上问题日益严重，对石质文物进行必要的保护是一项迫在眉睫的任务。

针对石质文物的表面防护和加固问题，国内外学者进行了大量研究和试验，但迄今为止还并未找到理想的表面防护和加固材料，石质文物保护材料的匮乏，已是影响石质文物保护进程中的一项关键因素。

为了起到对石质文物的保护作用，对石质文物防风化材料的基本要求是：材料的粘度低，渗透性或可灌性好且材料抗老化性能良好，不会分解出对岩石有破坏的新物质，材料与岩石有较好的粘接力和附着力。石质文物防风化材料分为有机防风化材料、无机防风化材料和防风化复合材料。大多数无机防风化材料是利用溶液中的盐份在石材孔隙中凝结或与石材发生化学反应而填塞石材孔隙以形成阻挡层或替代层。国际上曾用的无机防风化材料主要有：石灰水、氢氧化钡、碱土硅酸盐及氟硅酸盐等。利用氢氧化钙和空气中的二氧化碳作用生成碳酸钙固体的特性，石灰水很早就被用来填充石灰岩孔隙间以加固岩石，现在已基本停止使用。氢氧化钡加固石质文物的效果一直存在争议。水泥和碱土硅酸盐因为会分解生成对文物有害的盐份已被淘汰。我国的敦煌研究院研制的高模数硅酸钾加固材料在加固孔隙大、强度低的砂岩及土遗址等时取得了较好的效果，但需要严格控制好加固剂的SiO₂和K₂O摩尔数之比。

有机防风化材料已获得了极为广泛的使用。有机防风化材料分为小分子化合物和聚合物两类。目前用得最多的小分子化合物是硅酸酯, 其中，Remmers300在加固砂岩、砖瓦、黏土类文物以及重庆大足北山136窟的五百罗汉、新加坡外交大厦、陕西西安大雁塔都取得了较好的效果。研究也表明正硅酸乙酯在石灰岩中的渗透深度超过15mm，而同样条件下丙烯酸酯共聚物的渗透深度只有2～3mm。聚合物主要包括丙烯酸树脂、环氧树脂、有机硅树脂等。聚合物在石质文物加固及封护中应用极其普遍。印度蒙黛拉的太阳神庙是通过涂刷聚甲基丙烯酸甲酯加固的,建于公元203 年的意大利罗马穹门是利用石灰水和丙烯酸乳液进行的成功保护，Siena Cathedral 大门上的雕刻则是采用丙烯酸树脂加固，我国在1961 年使用过丙烯酸树脂加固云冈石窟。具有良好的化学稳定性、耐热性、耐侯性等特点是聚合物获得广泛应用的原因，但较差的耐水性且过大的树脂溶液黏度限制了丙烯酸树脂在石质文物保护中的应用。目前在文物保护中, 通常使用平均分子量在300～7000的二酚基丙烷环氧树脂。环氧树脂在建筑物和石质文物加固方面应用也极其广泛, 但环氧树脂单独使用时粘度大导致其渗透性差，因此必须综合使用稀释剂和固化剂。我国的龙门石窟、云冈石窟、大足石刻等多处石窟均采用环氧树脂加固。有机硅系列（甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷及有机硅玻璃树脂等）由于具有良好的渗透性、憎水性和耐候性而常用作建筑物和石质文物的防水剂和加固剂。但有机材料存在旋光效应、老化剥离、变色、二次修复性能差等缺点。

随着石质文物对保护材料的要求越来越高，既要求有上佳的疏水性，又要求有较好的耐老化、耐紫外线及抗氧化性能等，目前单一组分的材料已经不能满足文物保护的要求。因此迫切需要制备和研发新的适合于砂岩类的防风化材料，如开发具有疏水性好、耐老化、杀菌、防紫外线、耐腐蚀抗氧化及自清洁等性能的复合材料。

发明内容

为了克服上述现有技术不足，本发明提供了一种用于石质文物防风化保护的无机-有机超疏水纳米复合材料。本发明还提供了这种超疏水纳米复合材料的制备方法。