有机硅材料在石质文物保护中的应用研究

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摘要：我国五千年的历史孕育了灿烂的文明，作为当代的我们应当重视对中国文明的保护和继承，尤其是对现存的石质文物进行重点保护，把现代化的材料应用到文物保护中，延缓石质文物的损坏，提高了石质文物的坚固度。本文从化学学习的角度出发，分析了有机硅材料对石质文物的保护机理，并分析了其在文物保护中的应用。

关键词：有机硅材料；石质文物；文物保护

石质文物是我国文化遗产的重要组成，在书写我国灿烂文明中扮演着重要角色，记载了我国文化和历史的变迁，石质文物只要包括石雕、石塔和古建筑等，由于石质文物的组成大多以硅酸盐和碳酸盐为主，很容易受到来自外界的破坏，从而产生表面和结构的损伤，有机硅材料在石质文物保护应用中具有显著的效果，因此相关方面的研究成为热点。

1.有机硅材料对是石质文物保护机理

石质文物的结构和构成材质较为特殊，其很容易受到酸性环境的侵蚀，有机硅材料应用于石质文物保护中可以作为一种填充材料，作用于文物的空隙，产生凝胶化作用，增强矿物质粒子之间的作用力，发挥其强化加固的作用。有机硅材料与石质文物发生化学反应后会引起基质材料发生裂缝，在有机硅材料中添加纳米粒子或弹性的链状物质可以有效降低其收缩产生的拉应力，从而优化文物修复和保护效果。

当前在石质文物保护中常用的有机硅材料主要是烷氧基硅烷单体，其作用于石质文物主要有三个反应过程，即材料水解、反应缩聚和凝胶化，在材料水解过程中，硅材料和石质文物发生化学反应，水会直接攻击硅原子结构，破坏有机硅的化学键，并产生新的脂肪醇和硅醇键，而催化剂的加入则会加快水解反应的进行。有机硅材料具有很强的防风化作用，由于硅材料和文物基体发生化学反应生成了长链烷基物质，其分子式的化学链变长，这类物质有利于憎水基团的垂直排列，相邻烷基之间的疏水化作用增强，能够有效抵抗水分子的侵入，从而增强了修复膜层的化学稳定性，外界因素对石质文物的侵蚀性被削减，有效提高了文物的抗风化能力。

有机硅材料的分子式组成为烷氧基硅烷，其分子结构中的原子结合方式既包含了硅氧键的键也有碳碳键的聚合，其对水分子和酸性分子的抵抗能力更強，从而兼具加固和抗风化的作用。同时石质文物表面上覆盖的聚硅氧烷分子与文物基体是通过极性键连接在一起，其表面的集团分布具有很强的秩序性，即非极性端的集团暴露在外边，亲水基团则排列在内部，从而形成了一层致密的防水保护膜，起到有效的防水防风化作用。

2.有机硅材料在纸质文物保护中的应用

2.1 烷氧基硅烷及衍生物

最初用于岩石加固的化学物质是硅酸乙酯，也是当前应用最为广泛、工艺最为成熟的岩石加固剂，用硅酸乙酯类产品加固碳酸盐成分的雕塑碎片具有很好的应用效果，经过加固处理的雕像可以维持良好的形状，这也在埃及石质文物保护中进行过应用。再者，有的研究人员对烷氧基硅烷作为文物加固效果进行了研究，并把苯丙乳液、硅丙乳液、水性环氧乳液、水性氟碳乳液及正硅酸乙酯等几种化学材料作为对比材料，通过实验发现，烷氧基硅烷的文物加固效果最强，对岩石外观形态的改变最小，同时其试件的抗压性能和耐水强度大幅提升，有机硅材料在发生缩聚反应后也没有产生明显的收缩和破裂。

2.2有机硅材料的复合物

有机硅材料是指将两种或者两种以上的有机硅进行混合形成了性能更加优良的材料，这种材料改变了单一硅材料存在的缺点，提高了其链状硅物质的分子长度，增强了材料的憎水性能。石质文物的保护材料应当具备较强的结构固化作用和疏水性能，同时具备较强的抗渗透性，减少水分子的侵入，并具备很强的抗老化性和机械性能。有机硅材料可以通过控制有机硅单体、聚合物的种类和用量，来调节复合物的各项保护性能，是综合性能好的保护材料。

2.3有机硅材料的改性

硅氧烷的聚合产物聚硅氧烷具有良好的疏水透气性能，兼具加固和防风化保护的作用，有机硅材料改性可以优化其使用性能，通过引入弹性链物质可以增加柔性，有效抵抗毛细压力，例如在硅酸乙酯中添加甲基苯基硅油或二甲基硅油，可以得到改善的有机硅材料复合物，改善了凝胶结构弹性，在文物保护中应用效果良好。再者将二甲基、二苯基聚硅氧烷、二甲基聚硅氧烷和硅油处理了被酸雨侵蚀、失去胶接物的石碑，使其机械强度和胶接性能得以改善，同时具有一定的疏水性，材料赋予风化石质以一定强度的同时，具有优良的防护性能。

3.结语

综上所述，石质文物是宝贵的文化资源，代表着人类创造的灿烂文明，因此我们要加强对文物的保护力度，由于石质文物具有不可移动性，同时其构成材质主要是硅酸盐和碳酸盐物质，很容易受到外界因素的破坏。因此，要科学选择材料和修复和保护文物，有机硅材料具有优良的性能，具有较强的加固性能、抗水性能和抗风化性能，能够对石质文物产生有效的保护。

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（作者单位：长郡中学，湖南 长沙 410000）