聚氨酯材料在纸质文物保护中的应用

刘娟 唐道奎

(1.南京医科大学康达学院 药学部，江苏 连云港 222000；2.中船重工第七一六研究所，江苏 连云港 222000)

1 引言

中华文明历史悠久，纸质文物作为每个时代的历史标志，有着极高的艺术价值和研究价值。时代变迁，纸质文物在时间和空间的演变中，易受到破坏，如发黄、碎化、粉化、老化、霉变、脆裂等，因而对于纸质文物保护和修复的研究，已发展成文物研究的一个重要领域[1]。涂膜加固法是进行纸质文物保护的重要方法之一。该方法是采用天然提取或人工合成的树脂材料，将其均匀涂抹在纸质文物表面。树脂渗透入纸质纤维内部，二者发生交联，通过物理或化学的方法将粉碎化、断裂的纸质纤维连接，起到加固的作用。同时纸质文物表面，由于有树脂涂膜，可以对纸质纤维表面起到很好的保护作用，延缓外界不良因素对纸质文物的侵蚀[2,3]。加固涂膜树脂的选择至关重要。该树脂不仅要无色透明，能与纸质纤维发生物理或化学作用，起到长久加固作用，同时要保持纸质文物的色彩、文字，维持其光鲜度[4]。聚氨酯(PU)，即聚氨基甲酸酯树脂，是一种有机高分子材料，包含异氰酸酯、羟基和羧基等官能团，基本结构单元为氨基甲酸酯基(—NHCOO—)。PU 是优良的树脂材料，具备良好的弹性、延展性、机械性及粘接性，柔软度及硬度受温度影响小，且耐寒、耐碱、耐腐蚀，可作为大型交通工具、橡胶、木材、皮革等的涂膜材料。在纸质文物保护方面，PU 具有潜在的应用前景[5]。

2 改性后的PU在纸质文物保护中的应用

2.1 改性PU—添加紫外线吸收剂的应用[6]

因PU 在紫外线光照下，容易发生降解，造成发黄、脱落，被保护的文物内部微孔堵塞、表面纸张发黄、甚至发生鳞片状纸屑脱落等，造成文物损伤。因而在PU 材料中加入紫外线吸收剂对PU 进行改性，并研究了改性后的PU 耐光抗老化性能提升，在不改变原貌的前提下，文物的色彩饱和度得以维持。

2.2 改性PU—添加纳米颗粒的应用[7]

以水为分散剂制备聚氨酯乳液，在乳液中添加延缓腐蚀剂，采用超声分散的方法加入TiO2、SiO2等纳米材料，制备的改性PU 涂膜无色、透明，且耐酸、耐碱、耐盐、耐紫外线性能提升。均匀分散的纳米颗粒对紫外线具有一定的散射作用，可减少紫外线进入高分子聚合物及文物内部，增加聚合物及文物的耐光、抗老化等性能。

2.3 含硅PU材料的应用[8]

将1,6-己异氰酸酯与双羟基配位硅配合物进行反应，合成含硅聚氨酯材料，结果表明含硅聚氨酯材料改善了纸质文物的纸张物理强度，将裂化的纸纤维以化学作用的形式进行关联，提高了纸质文物的耐老化及耐热性能，降低纸张的收缩性及吸水性，减少了外界不良因素对纸质文物的影响。

2.4 湿固化PU的应用[9]

(1)单一组分湿固化PU。以聚乙二醇600、异佛尔酮二异氰酸酯为起始原料，以二月桂酸二丁基锡为催化剂，制备单一组分湿固化PU。该聚合物无色、透明、平整，机械性能良好，但耐老化及耐紫外线性能有待提高。(2)耐老化性湿固化PU。在单一组分湿固化PU 中加入双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯，得到耐老化性湿固化PU，缩短了固化时间，增强了耐老化、耐紫外线性能。(3)防霉性湿固化PU。在耐老化性湿固化PU 中加入纳塔霉素，可有效抑制微生物繁殖，可提升PU 材料的耐霉性能。

湿固化PU 可在高湿环境中对文物进行保护、加固，在文物表明形成一层透明、均匀、无气泡的薄膜，与文物形成整体，增加了文物的物理强度、热稳定性等。湿固化PU 固化时间、机械强度、粘接性、透光性及耐老化性能均得以改善。

2.5 与偶联剂配合的PU材料的应用[10]

将1,6-己异氰酸酯与偶联剂配合使用对纸质文物进行涂膜固化。纸质纤维内部含有多个羟基，这造就了纸质文物吸水性强的特点。而水分含量增加，不仅降低纸张的机械强度，同时易引起微生物繁殖，造成霉变，进而加剧纸张老化。进行高分子材料涂膜后，涂膜分子占据了纸纤维中部分氢键的位置，与纸张纤维形成复杂的三维共聚体，能有效提升纸张的物理强度，延缓其老化。而加入低分子偶联剂，其可到达纤维内部，有效保护氢键不被水分子破坏，偶联剂分子的疏水端置于纤维表面，降低纤维表面能和吸湿性，可增强高分子涂膜材料的润湿性、渗透性，提高纸质文物的物理强度、热稳定性和化学稳定性。

2.6 氟硅改性聚氨酯-丙烯酸酯聚合物材料的应用[11，12]

以二羟甲基丙酸、多元醇及异佛尔酮二异氰酸酯、纳米材料SiO2、甲基丙烯酸六氟丁酯等合成改性PU 材料，其具备较低的溶胀率、吸水率，可有效改善文物的耐酸碱性、耐水性，增强抗老化性能。

3 结语

改性PU 材料具备良好的物理及化学性能，增加纸质文物的物理强度及化学稳定性，增加其耐受性能，可应用于纸质文物保护；PU 材料在纸质文物保护领域具有潜在的应用前景，但是仍需进一步研究。对于PU 材料的抗老化、耐腐蚀机理，仍需探索；PU 材料本身具有一定的毒性，距离无毒、低毒的文物保护材料仍有一定差距，因此寻找绿色、低毒的PU 材料及制备路线，是PU 材料在纸质文物保护领域得到广泛应用的关键。