基于烷氧基钙的石灰质文物表面加固材料研究

发布时间：2017-09-27 09:53

  本文关键词：基于烷氧基钙的石灰质文物表面加固材料研究

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【摘要】：石灰质文物因自然因素长期作用容易发生风化,主要表现形式为泛盐、片状剥落、粉化、沉积物污染及人为破坏等。本文利用红外光谱(IR)、X-射线衍射仪(XRD)、X-射线荧光光谱(XRF)、环境扫描电子显微镜(ESEM)等表征手段,揭示了西安碑林七块清代石碑表面疏松多孔的腐蚀特征及其形成机制,为保护材料筛选和保护工艺创建提供了重要参考数据。论文通过调研国内外相关石质文物加固保护材料的特点,分析石灰质文物的病害特征,在生物矿化理论指导下,提出利用烷氧基钙作为石灰质文物加固的新钙源,设计制备出一系列适用于石灰质文物加固的钙基无机保护材料。主要工作如下：(1)以金属钙与无水甲醇为原料,通过直接反应法制得甲氧基钙,研究了其在大气环境中形成碳酸钙的矿化过程,为其应用于石材加固提供理论依据；(2)基于甲氧基钙特殊的矿化过程,对比研究了甲氧基钙、氢氧化钙和氯化钙在石质文物模拟物(砂芯)表面形成碳酸钙和草酸钙矿化加固层的过程,结果发现：甲氧基钙在合适湿度及二氧化碳作用下会缓慢转化为碳酸钙,其甲醇溶液通过吸收大气中二氧化碳能够在石质文物模拟物表面形成一层与本体兼容性好的碳酸钙涂层,在草酸稀溶液协同作用下亦能够形成一层均匀致密的水合草酸钙；(3)依据生物矿化原理,以聚丙烯酸为酸性添加剂,甲氧基钙为钙前驱体,利用大气中的二氧化碳在壳聚糖有机模板表面形成了一层均匀致密稳定的方解石型碳酸钙生物矿化膜；(4)基于前期实验结果,通过老化试验制备具有疏松多孔结构的模拟样块。通过烷氧基钙溶液直接加固及生物矿化模拟实验研究,发现：①前者能够在疏松层中空隙形成钙盐微晶,极大地提高了表层致密度和抗蚀性；②后者则可以在模拟样品表面形成厚约40μm无机钙类加固层,改善了文物表面疏松状态。对于石质的加固首先需要评估其劣化程度,通过渗透作用形成的填充型加固层主要用于表面腐蚀劣化严重的疏松多孔石质表面,而生物矿化形成的半透明钙基无机生物膜主要用于表面比较平整,劣化程度低的石质表面。钙基加固层能够在外界劣化因素作用时发生腐蚀,从而降低文物本体腐蚀的风险。同时,当这层保护层腐蚀消逝后,还可以重复加固,符合文物保护的“兼容性、最小介入和可再处理”原则。
【关键词】：文物保护 石灰质 加固材料 甲氧基钙 生物矿化 碳酸钙 草酸钙 磷酸钙
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：K85
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 石质文物保护材料国内外研究现状11-14
• 1.2.1 无机材料11-12
• 1.2.2 有机材料12-13
• 1.2.3 复合材料13
• 1.2.4 新型材料13-14
• 1.3 选题依据14-15
• 1.4 课题的目的、意义及主要研究内容15-16
• 第2章 西安碑林石灰岩文物保存现状调查及腐蚀机理研究16-34
• 2.1 概述16-17
• 2.2 保存环境17-18
• 2.2.1 区域气候特征17
• 2.2.2 大气环境状况17-18
• 2.3 主要病害18-20
• 2.3.1 降尘污染18-19
• 2.3.2 碑体盐析现象19-20
• 2.3.3 碑体表面片状脱落20
• 2.4 碑体风化产物及污染物分析20-30
• 2.4.1 实验仪器21
• 2.4.2 结果与讨论21-30
• 2.5 腐蚀机理分析30-32
• 2.5.1 水30
• 2.5.2 可溶盐30-31
• 2.5.3 酸雨31-32
• 2.6 本章小结32-34
• 第3章 钙醇盐的合成34-40
• 3.1 引言34-35
• 3.2 实验部分35-36
• 3.2.1 实验试剂及仪器35
• 3.2.2 实验方法35-36
• 3.3 结果与讨论36-39
• 3.3.1 甲氧基钙的制备36
• 3.3.2 甲氧基钙的矿化36-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 碳酸钙加固层的制备40-44
• 4.1 引言40
• 4.2 实验部分40-42
• 4.2.1 实验试剂及仪器40-41
• 4.2.2 实验方法41-42
• 4.3 结果与讨论42
• 4.4 本章小结42-44
• 第5章 草酸钙加固层的制备44-50
• 5.1 引言44
• 5.2 实验部分44-46
• 5.2.1 实验试剂及仪器44-45
• 5.2.2 实验方法45-46
• 5.3 结果与讨论46-48
• 5.4 本章小结48-50
• 第6章 碳酸钙生物膜的仿生制备50-64
• 6.1 引言50-52
• 6.1.1 石质文物表面天然的生物保护膜50
• 6.1.2 生物矿化材料50-52
• 6.1.3 生物矿化材料保护石质文物的可行性52
• 6.2 实验原理52-53
• 6.3 实验部分53-56
• 6.3.1 实验试剂及仪器53-55
• 6.3.2 实验方法55-56
• 6.4 结果与讨论56-62
• 6.4.1 碳酸钙矿化膜的微观结构56-57
• 6.4.2 碳酸钙晶体的生长过程57-59
• 6.4.3 添加剂对碳酸钙生物膜的影响59-60
• 6.4.4 碳酸钙生物膜的成膜机理分析60-62
• 6.5 本章小结62-64
• 第7章 石质加固模拟64-70
• 7.1 引言64-65
• 7.2 实验部分65-66
• 7.2.1 实验试剂及仪器65
• 7.2.2 实验方法65-66
• 7.3 结果与讨论66-69
• 7.4 本章小结69-70
• 总结与展望70-72
• 参考文献72-78
• 致谢78-80
• 攻读硕士学位期间科研成果80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 牟涛;竹文坤;段涛;张友魁;陈晓明;;大理石表面微生物诱导碳酸钙覆膜[J];非金属矿;2014年01期

2 王镛先,唐华东;硅聚合物石刻涂料的合成[J];精细化工;1997年01期

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本文编号：929016