石质文物用纳米氢氧化钙粉体制备及其在云冈石窟应用.pdf

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工程硕士学位论文


石质文物用纳米氢氧化钙粉体制备及其在
云冈石窟的应用





硕士研究生: 肖亚
导师: 宋申华教授
申请学位: 工程硕士
学科: 材料工程
所在单位: 深圳研究生院
答辩日期: 2012 年 12 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index:
: 31





Dissertation for the Master’s Degree in Engineering




SYNTHESIS OF CALCIUM HYDROXIDE
NANOPARTICLES FOR STONE HERITAGE
CONSERVATION AND ITS APPLICATION IN
YUNGANG GROTTOES






Candidate: Xiao Ya
Supervisor: Prof. Song Shenhua
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: Materials Engineering
Affiliation: Shenzhen Graduate School
Date of Defence: December, 2012
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
摘要
上下五千年的中华文明留给了我们大量弥足珍贵的历史文化遗产,其中,
包括一些珍贵的石质文物。作为室外不可移动石质文物的典型代表,云冈石窟
保存状况受到了人们的广泛关注。为了延长云冈石窟的寿命,文物保护工作者
进行了大量的工作,但其风化破坏问题仍较严重。本文针对云冈石窟的风化原
因和机理,制备了一种石质文物加固用纳米氢氧化钙醇分散体系,该加固剂保
留了无机加固材料的良好兼容性,且避免了有机防护材料耐候性差的缺点,在
石质文物保护中具有广阔的应用前景。
本文采用液相沉淀法,通过控制反应物摩尔比、反应物浓度、反应温度、
老化时间等,得到了平均粒径约为 35nm 的六方晶型氢氧化钙粉体,并采用不
同表面活性剂对其进行表面改性。结合 X 射线衍射分析(XRD)、扫描电子显
微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱分析(FT-IR)、比表面积测试(BET)、体
积沉降法等表征方法及手段,对改性前后纳米粉体的晶体结构、形貌及颗粒表
面结构、表面活性、分散稳定性等进行表征分析。结果表明,改性前后合成的
纳米 Ca(OH)2 粉体均为六方晶型,且经改性后颗粒平均粒径有一定增大,约为
50nm,但比表面积和分散稳定性均有一定提高。其中 KH-570 改性效果最好,
经 KH-570 改性后的粉体表面键合了有机官能团, 且其比表面积达到了
2
/g,约为改性前的 倍及商业纳米 Ca(OH)2 粉体的 倍。
采用品氏粘度计模拟加固剂在试样内部孔隙中的毛细作用对不同分散体系
进行粘度测试,结合核磁共振(NMR)所得横向弛豫时间 T2 对试样的孔隙分
布进行分析,并通过一系列筛选复配,得到了一组分散稳定性好且粘度小的溶
纳米 Ca(OH)2 醇分散体系。利用该分散体系对云冈石窟石质试样进行加固,其
性能评估结果表明,加固后引起的色差变化较小,在一定程度上能有效降低试
样的表面自由吸水率和内部孔隙率,且能保持较好的透气性。
本文首次将 Ferroni-Dini method 和纳米 Ca(OH)2 醇分散体系加固法结合起
来,对云冈石窟风化试样进行脱盐加固处理。结合离子色谱仪和 SEM 所得结果,
- 2-
经脱盐加固后风化试样中 Cl 和 SO4 的浓度显剧下降,接近新鲜试样中相应离
子的浓度,且纳米 Ca(OH)2 醇分散体系的进一步加固使得试样内部结构更为紧
密,表明该方法能有效的对云冈石窟风化试样进行脱盐加固处理。

关键词:纳米氢氧化钙;石质文物保护;醇分散体系;分散稳定性;加固效果
I
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
Abstract
With a civilization more than 5000 years, there is p