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化石表面保护涂层材料研究进展

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化石表面保护涂层材料研究进展


截至2019年5月,我国已经建立各种类型、不同级别的自然保护区2750个,总面积为147.17万平方公里。自然保护区虽在一定程度上对化石的风化起减缓作用,然而这种保护力度远远低于化石的破坏程度。涂层材料因具有优异的耐紫外光老化、耐磨、耐水特性,以及高的界面黏结强度和简单的施工工序等优点,在化石表面的加固、修复及保护中展现出良好的应用前景。目前,可行且有效的保护手段是寻找一种涂层材料将化石与环境介质隔绝,从而可以阻止其进一步劣化及风化,并可以迅速达到加固防护的目的(见表1)。因此,保护材料的选择和保护技术的研发是国际文化遗产保护领域的关注热点。

表1化石风化影响因素及保护涂层性能要求

化石的主要成分为SiO

2

、CaCO

3

、Al

2

O

3

、K

2

O、Na

2

O等。化石的保护应遵循“保持原状或不改变化石现状”的原则,同时要求保护过程可逆且符合生态要求。我国化石的保护工程可分为产地保护工程和标本保护工程。然而,无论是产地保护还是馆藏标本保护,化石与环境因素不能完全隔绝,从而导致化石易风化破坏。为保存古生物化石内部信息,发挥其观赏价值和科研价值,需要采取措施对化石进行有效保护。迄今为止,化石表面保护仍处于初期研究探索阶段,相关报道较少,而与化石结构强度和成分具有相似性的石材的研究报道较多,相关研究结果可为化石表面保护材料的研发提供理论依据。

据保护材料自身的特性不同,可将其分为无机非金属材料和有机高分子材料。此外,涂装工艺对保护效果具有重要影响,常用的是喷涂和刷涂。

1

无机非金属材料

无机非金属材料用于石质文物的保护历史悠久,而在化石表面的应用少有文献报道。氢氧化钙、氢氧化钡是2种较为常见的石材加固剂,易渗透到石材内部的空隙中,随后与空气中的二氧化碳反应生成难溶物(碳酸钙、碳酸钡)填充在石质物的空隙,从而加固保护石材。

王金华发现氢氧化钡溶液可在石灰岩中沉淀形成较细的氢氧化钡粉末,最终与空气中的二氧化碳作用生成碳酸钡填充在岩石孔隙中,然而碳酸钡颗粒细且吸附性差导致其加固作用不显著。Toniolo等将氢氧化钡用于大理石的加固,并采用XRD、FTIR、SEM对加固前后的物相成分、结构及形貌进行了分析,论证了氢氧化钡加固碳酸钙石质文物的有效性。虽然无机非金属材料与石材的相容、抗老化性好,且价格低廉,但无机材料的加固主要以物理沉淀吸附于基底表面,且所形成的保护层疏水性较差、弹性较小、吸附性较弱,长期使用无机材料封护剂会导致严重的变色。此外,无机非金属材料一旦凝固难以彻底去除,如果性能发生衰减,不但会影响化石的展示效果,而且将对化石本身造成不可逆的影响,因此氢氧化钙和氢氧化钡是否能用于化石表面保护还需进一步研究。

2

有机高分子材料

与无机非金属材料相比,有机高分子材料具有较好的黏结性和柔韧性。目前,常用的有机涂层包括硝基清漆、聚氨酯涂层、氟碳涂层和有机硅涂层。其中,有机硅涂层被视为最有前途的化石表面保护材料。

2.1硝基清漆

硝基漆作为一种传统热塑溶剂型材料,被用于古脊椎动物学的保护研究已有几十年的历史。硝基清漆以物理吸附方式与化石表面结合,具有干燥迅速、漆膜坚硬、耐化学药品等特点,广泛用于自然博物馆馆....


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