摘要

為了在理論上建立起一套完整、客觀的性能評價方法，對硅丙乳液的顆粒尺寸、熱穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)和形貌進行了表征，測定了乳液質(zhì)量分數(shù)與其粘度、表面張力等關(guān)系。通過用硅丙乳液修復模擬起甲和酥堿的壁畫，進一步驗證乳液的性能。結(jié)果表明，硅丙乳液屬于非晶態(tài)（無定形態(tài)）結(jié)構(gòu)，乳膠粒子形貌接近球形，平均粒徑為190 nm，顆粒無團聚現(xiàn)象，較小的粒徑可以提高乳液的滲透能力；Si—O—Si鍵的引入有效提高了硅丙乳液的熱穩(wěn)定性和耐熱老化性；隨著硅丙乳液質(zhì)量分數(shù)的增大，表面張力下降，相對粘度升高；硅丙乳液的機械穩(wěn)定性、貯存穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和耐鹽性較好。硅丙乳液在修復起甲、酥堿壁畫后，分別循環(huán)20和12次老化，顏料層未發(fā)生顯著差異，說明硅丙乳液可以作為一種性能優(yōu)異的膠凝材料用于起甲、酥堿壁畫的修復中。

敦煌壁畫是壁畫藝術(shù)的杰出代表，也是中國繪畫史上的重要杰作之一。但是，長期以來，由于受外界環(huán)境如濕度、溫度和光照等的影響，這些壁畫發(fā)生了起甲、脫落、皰疹、酥堿、空鼓和龜裂等多種病害，不利于其長久保存。因此，對壁畫的保護刻不容緩。

壁畫可持續(xù)保護中，尋找理想的高分子膠結(jié)材料是首要的有效手段。有機硅改性的丙烯酸乳液（簡稱硅丙乳液）是在乳化劑、引發(fā)劑的作用下，丙烯酸酯（或甲基丙烯酸酯）類單體和有機硅氧烷單體通過物理共混法或化學聚合的方法制備而成。研究發(fā)現(xiàn)，丙烯酸乳液對極性、非極性表面均具有良好的粘接力，且具有優(yōu)良的耐熱、耐氧化、耐候和突出的耐油性，但耐水性、耐沾污性較差，具有“冷脆熱粘性”，成膜后強度低。硅丙乳液相較于丙烯酸乳液，具有更優(yōu)異的耐熱性、耐候性、耐磨性和抗氧化能力，這是因為硅丙乳液中的Si—O鍵能（451 kJ/mol）遠高于C—O（336 kJ/mol）和C—C（356 kJ/mol）的鍵能；此外，聚硅氧烷分子呈螺旋狀結(jié)構(gòu)，造成分子體積增大，內(nèi)聚能密度降低，從而使硅丙膠膜呈現(xiàn)較強的防塵性和憎水性；再者，有機硅氧烷分子對稱性高，整個分子呈非極性，因此具有極低的表面張力。

正是由于硅丙乳液的這些結(jié)構(gòu)特性，20世紀60年代以來，其在文物修復和保護方面得到了廣泛應(yīng)用。Hanna等詳細報道了硅丙乳液在國外壁畫修復和保護中的應(yīng)用實例。2003年，敦煌研究院和甘肅知本新材料科技有限公司合作，研制出了以有機硅和丙烯酸為主劑的新型壁畫修復材料（ZB-SE系列）。2004年，在西藏薩迦寺首次進行ZB-SE系列乳液壁畫修復材料現(xiàn)場試驗，發(fā)現(xiàn)該類材料具有顏料回貼所需的黏結(jié)強度，是修復西藏起甲壁畫的理想材料。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，硅丙乳液修復壁畫后表面無眩光。在此之后，ZB-SE系列壁畫修復材料又被應(yīng)用于敦煌莫高窟和嵩山少林寺等處壁畫的保護修復中，均取得了良好效果。目前，該系列硅丙和純丙乳液已廣泛用于甘肅、新疆和西藏等地的石窟、寺廟和墓葬壁畫的保護中。

然而，文物保護修復工作者在對壁畫保護修復時，往往只借鑒一些簡單的商品物性指標，而對所使用的乳液本身的物理性質(zhì)和化學結(jié)構(gòu)認識較少。為了建立起一套完整、客觀的評價方法，文中對市售硅丙乳液的熱穩(wěn)定性、尺寸、結(jié)構(gòu)和形貌進行了表征，探討了乳液質(zhì)量分數(shù)與其pH值、電導率、表面張力和粘度的關(guān)系，同時研究了乳液的穩(wěn)定性。用硅丙乳液修復模擬起甲和酥堿的壁畫，來進一步驗證乳液潛在的性能。通過研究，為壁畫修復材料的選擇、評價和科學修復提供理論依據(jù)。

1實驗部分

1.1儀器和試劑

LA-960型激光粒度儀（日本HORIBA公司）；JEM-2100型透射電子顯微鏡（TEM，日本電子株式會社）；FTS-3000型傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR，美國DIGIL-B公司）；D/max-2400型X射線粉末衍射儀（XRD，日本Rigaku公司）；TG/DSC-6型熱重-差示掃描量熱分析儀（TG-DTG，日本島津公司）；Ultra Plus型場發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM，德國Zeiss公司）；PHS-3E型pH計（上海INESA公司）；DDS-307A型電導率儀（上海INESA公司）；BMZL-02型表面張力儀（芬蘭Kibron公司）；0.56 mm U型粘度計（蘭州嘉特星有限公司）。磷鎢酸（分析純）購自上海阿拉丁生化科技股份有限公司；硅丙乳液（丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、乙烯基硅氧烷）購自蘭州知本化工科技有限公司；硫酸鈉（分析純）、氯化鈉（分析純）、硝酸鉀（分析純）和氯化鉀（分析純）購自國藥集團化學試劑有限公司。實驗用水為超純水（8 MΩ·cm）