摘要

為了在理論上建立起一套完整、客觀的性能評價方法，對矽丙乳液的顆粒尺寸、熱穩定性、結構和形貌進行了表征，測定了乳液質量分數與其粘度、表麵張力等關係。通過用矽丙乳液修複模擬起甲和酥堿的壁畫，進一步驗證乳液的性能。結果表明，矽丙乳液屬於非晶態（無定形態）結構，乳膠粒子形貌接近球形，平均粒徑為190 nm，顆粒無團聚現象，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矽丙乳液的熱穩定性和耐熱老化性；隨著矽丙乳液質量分數的增大，表麵張力下降，相對粘度升高；矽丙乳液的機械穩定性、貯存穩定性、熱穩定性和耐鹽性較好。矽丙乳液在修複起甲、酥堿壁畫後，分別循環20和12次老化，顏料層未發生顯著差異，說明矽丙乳液可以作為一種性能優異的膠凝材料用於起甲、酥堿壁畫的修複中。

敦煌壁畫是壁畫藝術的傑出代表，也是中國繪畫史上的重要傑作之一。但是，長期以來，由於受外界環境如濕度、溫度和光照等的影響，這些壁畫發生了起甲、脫落、皰疹、酥堿、空鼓和龜裂等多種病害，不利於其長久保存。因此，對壁畫的保護刻不容緩。

壁畫可持續保護中，尋找理想的高分子膠結材料是首要的有效手段。有機矽改性的丙烯酸乳液（簡稱矽丙乳液）是在乳化劑、引發劑的作用下，丙烯酸酯（或甲基丙烯酸酯）類單體和有機矽氧烷單體通過物理共混法或化學聚合的方法製備而成。研究發現，丙烯酸乳液對極性、非極性表麵均具有良好的粘接力，且具有優良的耐熱、耐氧化、耐候和突出的耐油性，但耐水性、耐沾汙性較差，具有“冷脆熱粘性”，成膜後強度低。矽丙乳液相較於丙烯酸乳液，具有更優異的耐熱性、耐候性、耐磨性和抗氧化能力，這是因為矽丙乳液中的Si—O鍵能（451 kJ/mol）遠高於C—O（336 kJ/mol）和C—C（356 kJ/mol）的鍵能；此外，聚矽氧烷分子呈螺旋狀結構，造成分子體積增大，內聚能密度降低，從而使矽丙膠膜呈現較強的防塵性和憎水性；再者，有機矽氧烷分子對稱性高，整個分子呈非極性，因此具有極低的表麵張力。

正是由於矽丙乳液的這些結構特性，20世紀60年代以來，其在文物修複和保護方麵得到了廣泛應用。Hanna等詳細報道了矽丙乳液在國外壁畫修複和保護中的應用實例。2003年，敦煌研究院和甘肅知本新材料科技有限公司合作，研製出了以有機矽和丙烯酸為主劑的新型壁畫修複材料（ZB-SE係列）。2004年，在西藏薩迦寺首次進行ZB-SE係列乳液壁畫修複材料現場試驗，發現該類材料具有顏料回貼所需的黏結強度，是修複西藏起甲壁畫的理想材料。此外，研究還發現，矽丙乳液修複壁畫後表麵無眩光。在此之後，ZB-SE係列壁畫修複材料又被應用於敦煌莫高窟和嵩山少林寺等處壁畫的保護修複中，均取得了良好效果。目前，該係列矽丙和純丙乳液已廣泛用於甘肅、新疆和西藏等地的石窟、寺廟和墓葬壁畫的保護中。

然而，文物保護修複工作者在對壁畫保護修複時，往往隻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和化學結構認識較少。為了建立起一套完整、客觀的評價方法，文中對市售矽丙乳液的熱穩定性、尺寸、結構和形貌進行了表征，探討了乳液質量分數與其pH值、電導率、表麵張力和粘度的關係，同時研究了乳液的穩定性。用矽丙乳液修複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，為壁畫修複材料的選擇、評價和科學修複提供理論依據。

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型傅裏葉變換紅外光譜儀（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型粉色视频黄色网站（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；矽丙乳液（丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、乙烯基矽氧烷）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）