含硅聚氨酯加固保护纸质文物的可行性

研究论文

图1　双羟基四配位硅化合物与HDI三聚体反应机理

基封端含硅聚氨酯。虽然其本身的反应活性有限,但

它将羟基稳定地连接在硅氧链上,为下一步反应做好了准备;同时使加固树脂具有一定的分子链长度,可搭接在断裂的纤维上,起连接作用。使用时再加入适量HDI三聚体,以化学键方式使加固树脂和纸纤维连接在一起,融为一体。另外,由于HDI三聚体为小分子,较加固树脂更易渗入纤维内部,也将包覆在纤维表面,增粗纤维。因此,酯配以适量的HDI到加固保护作用。212　外观分析

表2　加固前后纸样物理性能变化

老化前

酸水解老化后

干热老化后

抗张强度耐折度抗张强度耐折度抗张强度耐折度

/N m-1

/次12188

/N m-1

/次6145

/N m-1150433

/次8149

空白

加固处理后

184440

pH值为372h后晾置,自然干燥。比较处理前后的变化发现:空白纸样经浸泡后出现了明显的皱褶,而加固的纸样外观无明显变化。物理强度测试结果表明,空白样酸老化后抗张强度损失为44%,加固处理的纸样酸老化后抗张强度损失仅为8%;耐折度损失也从50%降至22%。这是由于在加固树脂中低表面自由能的有机硅部分包裹在纤维外,有效降低了纤维的亲水性。使水溶液中氢离子较难渗入纤维内部,阻止了其对纤维素分子降解的催化作用。

干热老化是衡量纸张耐老化性的重要指标。按照GB/T46411—1989,将纸样在105℃下加速老化72h后空白纸样明显发黄,抗张强度和耐折度均损失了20%左右;用含硅聚氨酯处理后,纸样的抗张强度仅

“修旧如旧”是纸质文物加固保护的主要要求之一。由表1可知,加固前后纸样在色泽和质感上无明

显变化,厚度表1　加固前后纸样外观变化

也仅增加了

光泽度厚度

质感

μ(20°)/%/μ2m,总体上m

空白加固处理后

117118

4648

柔软、微黄柔软、

微黄

保持了纸样的原貌。这除了由于加固树脂

本身无色透明外,与其特殊的化学交联成膜方式也有关系。在溶剂的作用下树脂链充分伸展,涂刷在纸样上后迅速渗入纤维内部。由于加固树脂反应活性极高,在溶剂挥发完之前已经以化学交联的方式固定下来,不会随溶剂的减少而重新凝聚在一起,影响纸样外观。

213　物理性能分析

下降了2%,而耐折度也只减少了39次。该实验表

明在加固树脂中引入有机硅树脂极大地提高了纸样抗干热老化性,其Si—O—Si键的键能较高,在纤维外形成化学性能稳定的空间屏障,保护了纤维分子中的弱键。另外由于有机硅热膨胀系数低,也相应缓解了热胀冷缩对纤维产生的不利影响。214　紫外分析

紫外光是纸质文物老化的一个重要影响因素。300nm以下的紫外光子的能量高于37616kJ/mol,而聚合物分子的结合键键能一般都在250～418kJ/mol之间。因此紫外光的能量能使高分子发生断链,其破坏结果是使纤维变脆、断裂,形成光的吸收中心,使涂层对光的吸收带移向长波,导致纸张发黄。

27

加固保护的目的就是要提高纸样的物理强度和耐老化性能。为此,本文从抗张强度和耐折度两方面对加固保护的效果进行了评估。

由表2可看到,纸样经含硅聚氨酯和HDI三聚体协同处理后,其抗张强度和耐折度大幅度提高。加固树脂在原本断裂或即将断裂的纤维间架桥,并通过化学键与其结合成一体,提高了纸样的物理强度。

《中国造纸》2005年第24卷第4期　

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