[发明专利]碳酸钙类石质文物的碳酸钙生物矿化加固方法

说明书

技术领域

本发明涉及疏松岩石的碳酸钙生物矿化加固方法，主要用于濒危碳酸钙类石质文物的表层加固。

背景技术

数千年遗存下来的大量石质文物是中华民族文明史的重要记录，是宝贵的实物史料和旅游资源。长年的雨雪风霜使岩石表面逐渐劣化，近代工业污染和酸雨更是加速了侵蚀破坏的速度，一些岩石的表层结构已经十分疏松，甚至处于一触即掉粉末的松散状态，迫切需要采取必要的表层加固处理，以延长文物的寿命。但是，目前还没有令人满意的表层加固材料。无机加固材料在十九世纪前曾广泛使用，主要包括石灰水，钡的氢氧化物或磷酸盐等，使用结果发现，无机加固材料往往会在石质文物表面形成硬壳层，不仅改变颜色和外观，还容易剥落。近几十年来，有机聚合物是应用最广泛的石质文物表层加固材料，例如，环氧树脂、丙烯酸树脂、尤其是有机硅和有机氟类聚合物等。尽管有机聚合物有不少优点，但是加固的长远效果仍不尽人意。因为有机高分子材料在野外的实际有效寿命一般仅几年，最多二、三十年。失效后的高分子材料会给文物本身以及后续的加固造成不同程度的影响，例如泛黄、产生斑块、堵塞微孔以及粉化等。

实践表明，理想的石质文物保护材料首先应该与岩石本体相容性良好。相容性的控制主要有两个方面，一是保护材料的微观结构应可以根据基底的情况进行调节，二是材料的属性应尽可能与基底岩石相近，最好是同一种物质。目前，中国专利中有关石材和石质文物保护的材料基本上都是有机类，如专利号89103208.8及申请号200410043975.9等。几年前，根据发现的天然草酸钙生物矿化物寿命长与岩石相容性好的特点，本发明人已经提出了一类新的石质文物表面保护材料，即生物矿化材料。生物矿化材料的最大优点是可以选用不同的有机模板来调控材料的微观结构，例如，在中国专利号00119382.1中提出的用于含钙石材和石质文物的草酸钙表面防护材料，以及在中国申请号200710066859.2中提出的磷酸钙生物矿化加固方法。我国碳酸钙类岩石分布广泛，以碳酸钙类岩石为基底的石质文物数量众多，虽然草酸钙和磷酸钙的材料属性与碳酸钙相近，但毕竟不是碳酸钙，本发明可以弥补加固保护材料与基底材料属性不同的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种保护材料与基底材料属性相同，相容性好的酸钙类石质文物的生物矿化加固方法。

本发明的碳酸钙类石质文物的碳酸钙生物矿化加固方法，用可控结构的碳酸钙的生物矿化物材料，加固保护碳酸钙类的石质文物。

为了达到上述目的本发明采取下列措施：

首先用清洗溶剂将待加固岩石的表面清洗干净；再用生物两亲功能性化合物和去离子水配制成的有机模板溶液处理岩石表面；然后用氢氧化钙过饱和溶液或者碳酸钙过饱和溶液对带上功能性基团的岩石进行渗透处理；氢氧化钙会因与二氧化碳反应生成碳酸钙，碳酸钙过饱和溶液会因水份的蒸发析出碳酸钙.。在有机模板功能基团的诱导下，碳酸钙能够比较有序地形成晶核并且定向结晶生长，在含钙类岩石的表面和微缝隙中生成碳酸钙的生物矿化物。不断重复有机模板溶液处理和钙离子过饱和溶液的处理，碳酸钙生物矿化物不断堆积和生长，使疏松岩石的微缝隙得到填充，表层覆盖上碳酸钙生物矿化层，由此使疏松含钙岩石得到加固和保护。

本发明的关键是在碳酸钙类岩石上生成与基底材质基本相同，且微观结构可以调控的碳酸钙生物矿化层。

为了使生成的碳酸钙生物矿化层与基底岩石结合牢固，首先要用清洗剂将岩石表面清洗干净。本发明的清洗剂可以用去离子水，也可以用有机溶剂。其中有机溶剂降低岩石表面能的效果更佳，较低的表面能有利于后面有机模板的附着。比较环保和价格低廉的有机溶剂是低碳醇，低碳醇为乙醇、丙醇、丁醇、戊醇及它们的异构体，其中乙醇最佳。

为了调控碳酸钙晶体的生长，需要使用两亲性有机模板，可用作模板的两亲功能性化合物有表面活性剂、有机聚合物和生物大分子。本发明所用的生物两亲功能性化合物为生物粘多糖类，如硫酸软骨素和支链淀粉等；也可用磷脂，如卵磷脂；以及胶原蛋白等。或者用含这些生物两亲功能性化合物的天然生物物质代替，例如用糯米代替支链淀粉；用骨胶代替硫酸软骨素；用鸭蛋清代替胶原蛋白等。有机模板溶液是将上述的功能性化合物或者含这些化合物的天然生物物质用去离子水配制成质量百分比为0.1％～10％的溶液。使用何种功能性化合物可根据加固要求来选择。