刘文睿
研究论文| 膨润土基水凝胶黏合剂的可控构筑及其对砂岩质文物的长效保护应用研究
2024-2-27 17:31
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文章重要内容

       西安交通大学潘爱钊老师团队成功构筑了用于砂岩文物粘接修复的膨润土基水凝胶(AR-gel)材料,在保证与空白砂岩自身性能统一的前提下,实现了其良好的耐盐结晶湿热和冻融的长效粘接保护性能,且不会对砂岩基体造成二次破坏。研究还揭示了AR-gel的长效粘接保护机理,此外,AR-gel对陶瓷、陶器、铝片和玻璃片等均展现出了良好的粘接效果。

文章背景

       文物是人类历史的延续和见证,对人类社会发展的研究具有重要意义,砂岩文物作为历史文化遗产的重要瑰宝,在长期自然风化下,砂岩文物出现表层片状剥落、机械裂缝、鳞片状的起翘与脱落等病害,亟需高效粘接的修复保护材料对被破坏的文物进行修复加固。目前,常见的文物粘接材料包括聚乙烯醇(PVA)类、环氧树脂类以及纳米复合材料,但是这些材料在耐湿性和耐盐性等方面的缺陷,以及不理想粘接效果和耐候性等限制了它们的使用,因此开发合适的新型高耐候性文物粘接修复保护材料以满足文物保护的应用要求是极其必要的。

文章概述

       最近,西安交通大学潘爱钊老师团队将改性膨润土引入到丙烯酰胺基水凝胶体系中,通过控制组分比例、温度和反应时间等因素,成功构筑了粘接修复型膨润土基水凝胶(AR-gel)材料,并实现了对破损和断裂的砂岩文物的高效修复。AR-gel中膨润土的存在提高了其与砂岩文物之间的兼容性,展现出了极好的粘接性,且粘接修复完整的文物接缝处无明显粘接痕迹,无泛白变色现象,不影响被粘接文物的整体美观。修复过后的砂岩形貌与性能与砂岩对照样品基本一致,表明了AR-gel高粘结性能的同时,不会对砂岩基体造成二次破坏。通过严苛的冻融老化循环和盐结晶湿热循环老化试验验证了该AR-gel材料对砂岩的耐久性粘接保护,并分析了保护机理:砂岩与AR-gel间通过强氢键、Si-O-Si键、Si-O-M键、质子化和离子键、机械咬合等作用牢固结合在一起。此外,AR-gel对玻璃、金属、砂岩、陶瓷和陶器等各种材质的文物均具有极好的粘接性能本研究工作为开发耐久性文物粘接修复保护材料提供了新方法和新思路,在文物粘接修复领域具有广阔的应用前景。

粘接修复型水凝胶(AR-gel)化学结构和外观状态

AR-gel保护前后砂岩孔隙度(a)、水蒸气透过率(b); 保护砂岩样品照片(c)AR-gel保护后砂岩冻融老化循环(d)、盐结晶湿热老化循环(e)及保护机理(f)

粘接普适性: AR-gel对陶瓷碗(a)、陶制品 (b)、玻璃片和铝片(c)的粘接性能

     上述工作以论文形式在《高分子学报》2024年印刷出版。论文第一作者为西安交通大学化学学院博士生史承钰,通讯作者为潘爱钊副教授

引用本文:

史承钰, 周莹, 赵纯浴, 杨梢, 和玲, 潘爱钊.

膨润土基水凝胶黏合剂的可控构筑及其对砂岩质文物的长效保护应用研究.

高分子学报, doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23251 

Shi, C.Y.; Zhou, Y.; Zhao C. Y.; Yang, S.; He, L.; Pang, A. Z.

Controllable fabrication of bentonite-based hydrogel adhesive for high-durability conservation of sandstone-based cultural heritage.

Acta Polymerica Sinica, doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23251

原文链接:http://www.gfzxb.org/thesisDetails#10.11777/j.issn1000-3304.2023.23251&lang=zh

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