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随着人类社会经济的快速发展,自然环境遭受到很大冲击,开放地存在于潮湿环境下的土遗址,长期遭受水蚀、盐蚀、霉菌、坍塌等各种自然因素的破坏。在土遗址的保护中,表面防护是一种重要手段,但是目前尚无极其理想的适用于潮湿环境土遗址的表面保护材料,因此开发新型保护材料,尽可能长期地保持潮湿环境土遗址的原状,以便进行研究、展出,便显得十分重要和紧迫。
本文的研究内容及取得的成果如下:
首先,论文调查研究了土遗址的分布状况,并从潮湿环境的定义、土的组成与结构、土遗址病害分析、土遗址保护材料等方面进行了综述,系统介绍了潮湿环境下土遗址的性质与保护现状。
其次,结合土遗址的性质和特点,设计并合成了有机氟硅改性丙烯酸酯防护材料。分别以KH-570和G04作为含氟硅改性剂,并以氟、硅单体含量作为变量,采用半连续核壳乳液聚合法进行自由基共聚反应,通过对乳液的单体总转化率、固含量、凝胶率的测定,以及乳液的稳定性、胶膜性质的测试,得出以下结论:
①KH-570含量约为单体总含量的6%时,体系有较好的单体总转化率、固含量和较低的凝胶率。G04可以提高聚合速率,并在0.5h内将乳液的单体总转化率提高至95%以上,凝胶率随着氟含量的增加而增加。实验结果表明,以5% KH-570和3% G04改性丙烯酸酯,可以得到产率较高的乳液。
②KH-570、G04含量分别为6.5%和5%时,乳液离心稳定性最好;KH-570、G04含量分别为2.33%和1.10%时,乳液酸碱稳定性和Ca2+稳定性最好;不同乳液体系都具有很高的稀释稳定性,但是耐冻融性能较差,乳液须在5℃以上保存。
③XPS结果表明乳胶膜中F元素比Si元素更易迁移至胶膜表面;起到疏水和提高化学稳定性的作用;DSC结果表明半连续核壳聚合得到软核硬壳的胶膜,其中KH-570可以降低胶膜的玻璃化温度,而G04却可以提高玻璃化温度;FTIR结果表明胶膜中基本不含剩余单体,乳液聚合程度很高,硅氧烷一部分水解为Si-OH,一部分以Si-O-Si键交联;KH-570含量的增加可以降低胶膜的吸水性,但是耐酸碱性下降;G04含量的增加,不仅可以降低胶膜吸水率,还可以提高胶膜的耐酸碱性。
实验选用良渚遗址南城城墙土,根据风干土容重、空隙率等参数制备了含水量为20%的室内重塑土,采用六种不同体系的氟硅改性材料,对土样进行加固保护研究。综合考虑各体系的加固性能,认为体系4(KH-570、G04含量分别为5.51%和2.88%)水溶性好,渗透性高,与土质结合力强,基本上没有改变土样外观,又可以使加固土样得到较好的透气性、抗水解性、耐酸碱性、耐盐性和抗压强度,能够满足潮湿环境土遗址保护材料的一般性能要求。