硅丙乳液的表征、性能及其在模拟病害壁画修复中的应用

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.220372

摘要/Abstract

摘要：

为了在理论上建立起一套完整、客观的性能评价方法，对硅丙乳液的颗粒尺寸、热稳定性、结构和形貌进行了表征，测定了乳液质量分数与其粘度、表面张力等关系。通过用硅丙乳液修复模拟起甲和酥碱的壁画，进一步验证乳液的性能。结果表明，硅丙乳液属于非晶态（无定形态）结构，乳胶粒子形貌接近球形，平均粒径为190 nm，颗粒无团聚现象，较小的粒径可以提高乳液的渗透能力； Si—O—Si键的引入有效提高了硅丙乳液的热稳定性和耐热老化性；随着硅丙乳液质量分数的增大，表面张力下降，相对粘度升高；硅丙乳液的机械稳定性、贮存稳定性、热稳定性和耐盐性较好。硅丙乳液在修复起甲、酥碱壁画后，分别循环20和12次老化，颜料层未发生显著差异，说明硅丙乳液可以作为一种性能优异的胶凝材料用于起甲、酥碱壁画的修复中。

关键词: 硅丙乳液, 微观形貌, 壁画, 文物保护, 文物修复

Abstract:

In order to establish a complete and objective evaluation method in theory for property， a systematic study of silicone acrylic emulsion is carried out in this paper. The thermal stability， structure， morphology and particle size of silicone acrylic emulsion are characterized and analyzed. The relationship between the concentration of silicone acrylic emulsion with its viscosity and surface tension is investigated. In addition， to further verify the properties， the silicone acrylic emulsion is used for repairing the flaking and disrupting murals. The results show that the silicon acrylic emulsion is amorphous， the particles are nearly spherical without agglomeration， and its average particle size is 190 nm. The thermal stability and thermal aging resistance are improved effectively due to the introduction of Si—O—Si bond. With the increase of silicon-acrylic emulsion concentration， the surface tension decreases and the relative viscosity increases. Silicon-acrylic emulsion has good mechanical stability， storage stability， thermal stability and salt tolerance. Silicon-acrylic emulsion is used for restoration of the flaking and disrupting murals as cementing materials after aging experiment in various conditions. It is shown that silicone acrylic emulsion is a suitable material for mural conservation. All results indicate that silicon-acrylic emulsion can be used as a kind of excellent cementing material in repairing the flaking and disrupting mural.

Key words: Silicone acrylic emulsion, Microstructure, Mural, Culture relic protection, Culture relic restoration

中图分类号:

O631

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图/表 13

图1 硅丙乳液的粒径分布（A）和TEM图像（B）

Fig.1 Particle size distribution （A） and TEM image （B） of the silicone acrylic emulsion

图2 硅丙乳液胶膜（a）和硅丙乳液-硫酸钠胶膜（b）的红外光谱

Fig.2 FT-IR spectra of adhesive film for the silicone acrylic emulsion （a） and silicone acrylic emulsion-Na2SO4 （b）

图3 硅丙乳液胶膜（a）和硅丙乳液-硫酸钠胶膜（b）的XRD图谱

Fig.3 The XRD patterns of adhesive film for the silicone acrylic emulsion （a） and silicone acrylic emulsion-Na2SO4 （b）

图4 硅丙乳液胶膜的TG-DTG曲线

Fig.4 The TG-DTG curve of adhesive film for the silicone acrylic emulsion

图5 硅丙乳液和硅丙乳液-硫酸钠冷冻干燥（A、C）和室温干燥（B、D）后的SEM图

Fig.5 SEM images of the silicone acrylic emulsion and the silicone acrylic emulsion-Na2SO4 freeze-dried （A， C） and dried at room temperature （B， D）

图6 硅丙乳液胶膜（a）和硅丙乳液-硫酸钠胶膜（b）吸水率随时间的变化

Fig.6 Water absorption of adhesive film for the silicone acrylic emulsion （a） and silicone acrylic emulsion-Na2SO4 （b） with time change

图7 硅丙乳液（a）和硅丙乳液-硫酸钠（b）乳液的pH值随质量分数的变化

Fig.7 The effect of nass fraction of the silicone acrylic emulsion （a） and silicone acrylic emulsion-Na2SO4 （b）on pH

图8 硅丙乳液（a）和硅丙乳液-硫酸钠（b）的电导率随硅丙乳液质量分数的变化

Fig.8 The change of conductivity of the silicone acrylic emulsion （a） and silicone acrylic emulsion-Na2SO4 （b） with different concentration

图9 不同温度下硅丙乳液在蒸馏水（A）和1%硫酸钠溶液（B）中表面张力随质量分数的变化以及硅丙乳液和硅丙乳液-硫酸钠乳液的质量分数对表面张力的影响（C）

Fig.9 The change of surface tension of the silicone acrylic emulsion （A） and silicone acrylic emulsion-Na2SO4 （B） with the different mass fraction in different temperature and the effect of concentration of the silicone acrylic emulsion and silicone acrylic emulsion-Na2SO4 on the surface tension（C）

图10 硅丙乳液（A）和硅丙乳液-硫酸钠（B）在不同温度下相对粘度随乳液质量分数的变化

Fig.10 The change of viscosity of the silicone acrylic emulsion （A） and silicone acrylic emulsion-Na2SO4 （B） with the different mass fraction in different temperature

图11 质量分数1%~3%的硅丙乳液冻融前（A）、后（B）和含有1%不同盐质量分数为1%硅丙乳液冻融前后对比图（C）

Fig.11 The photographs of 1%~3% silicone acrylic emulsion before （A） and after （B） freezing and thawing and silicone acrylic emulsion containing different salts （C） before and after freezing and thawing

图12 试块原貌（A）、模拟起甲试块（B）、质量分数2.5%硅丙加固后（C）和20个循环老化后（D）的照片

Fig.12 The photograph of simulated test block（A）， simulated flaking mural test block（B）， mass fraction 2.5% silicone acrylic emulsion repaired flaking mural（C） and aging 20 cycle of flaking mural（D）

图13 酥碱试块（A）和质量分数2.5%硅丙加固后（B）照片，质量分数2.5%硅丙加固后（C）和12个循环老化后（D）的形貌

Fig.13 Picture of plaster disruption murals（A） and murals repaired by mass fraction of 2.5% silicone acrylic emulsion （B）， SEM images of murals repaired by by mass fraction of 2.5% silicone acrylic emulsion （C） and aged for 12 cycles （D）

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