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  北京化工大学学报(自然科学版)  2021, Vol. 48 Issue (2): 41-50   DOI: 10.13543/j.bhxbzr.2021.02.006
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张涛, 王莉, 吴玉清, 王菊琳, 刘波涛. 纳米氢氧化钙改性聚己内酯对红军标语的封护研究[J]. 北京化工大学学报(自然科学版), 2021, 48(2): 41-50. DOI: 10.13543/j.bhxbzr.2021.02.006.
ZHANG Tao, WANG Li, WU YuQing, WANG JuLin, LIU BoTao. Protective sealing of red army slogans with polycaprolactone modified by nano calcium hydroxide[J]. Journal of Beijing University of Chemical Technology (Natural Science), 2021, 48(2): 41-50. DOI: 10.13543/j.bhxbzr.2021.02.006.

第一作者

张涛, 男, 1982年生, 副研究馆员.

通信联系人

王菊琳, E-mail: julinwang@126.com

文章历史

收稿日期:2020-10-26
纳米氢氧化钙改性聚己内酯对红军标语的封护研究
张涛 1, 王莉 2,3,4, 吴玉清 2,3,4, 王菊琳 2,3,4, 刘波涛 2,3,4     
1. 北京市古代建筑研究所, 北京 100050;
2. 北京化工大学 材料电化学过程与技术北京市重点实验室, 北京 100029;
3. 北京化工大学 材料科学与工程学院, 北京 100029;
4. 文物保护领域科技评价研究国家文物局重点科研基地, 北京 100029
摘要:红军标语是不可再生的文化遗产,目前正面临着损坏乃至消失的危险。对地仗层进行适当的封护处理,可以增强其耐久性能,达到保护的目的。使用纳米Ca(OH)2对聚己内酯(PCL)进行改性,制备了一种可生物降解的红军标语地仗层封护剂;通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和差示扫描量热法(DSC)等手段对封护剂进行了表征;通过耐紫外光老化、耐冻融循环、耐可溶盐侵蚀、耐水侵蚀和耐酸雨侵蚀试验评估了封护试样的抗压强度、抗折强度和色差值。结果表明,封护剂中PCL成膜后可有效阻止水分从试样外部进入内部;微团聚的Ca(OH)2与纳米Ca(OH)2共同形成了微米/纳米复合结构,使封护膜的疏水性得到有效增强;纳米Ca(OH)2的加入可提高封护膜的透气性;封护剂可提高封护试样的耐久性。以上结果表明纳米Ca(OH)2改性的PCL封护剂对模拟红军标语地仗层具有良好的封护效果。
关键词聚己内酯    纳米氢氧化钙    封护剂    红军标语    地仗层    
Protective sealing of Red Army slogans with polycaprolactone modified by nano calcium hydroxide
ZHANG Tao1 , WANG Li2,3,4 , WU YuQing2,3,4 , WANG JuLin2,3,4 , LIU BoTao2,3,4     
1. Beijing Institute of Ancient Architecture, Beijing 100050;
2. Key Laboratory of Electrochemical Processes and Technologies of Materials, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029;
3. College of Materials Science and Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029;
4. Key Research Base of National Cultural Heritage Administration for Science and Technology Evaluation and Research in the Field of Cultural Heritage Protection, Beijing 100029, China
Abstract: Red Army slogans are a non-renewable cultural heritage, which are facing the risk of damage or even disappearance. The durability of the base layer can be enhanced by an appropriate sealing agent. In this work, polycaprolactone (PCL) has been modified with nano calcium hydroxide to prepare a biodegradable sealant for Red Army slogans. The sealant was characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectrometry (FT-IR), and differential scanning calorimetry (DSC). The compressive strength, flexural strength and color difference of the sealed samples were evaluated by ultraviolet ray aging resistance, freeze-thaw cycle resistance, soluble salt erosion resistance, water erosion resistance and acid rain erosion resistance tests. The results showed that the presence of PCL in the sealant can effectively prevent external water from entering the sample after forming the film. Microagglomerated Ca(OH)2 and nano Ca(OH)2 formed a micron-nanocomposite structure, which effectively enhanced the hydrophobicity of the film. The addition of nano Ca(OH)2 can improve the permeability of the membrane. The sealing agent can improve the durability of the sealing samples. The results showed that the sealant had good sealing effect on a simulated Red Army slogan base layer.
Key words: polycaprolactone    nano Ca(OH)2    sealant    Red Army slogan    base layer    
引言

红军标语是在革命战争时期,各种革命团体在墙壁、石头等材料上绘制的漫画、对联、口号和语句等[1],具有重要的历史、文化、科学、精神和经济价值[2-4]。由于自然侵蚀和人为破坏,红军标语地仗层出现了地仗脱落、空鼓、裂隙、颜料层脱落等不同形式的损坏,甚至威胁到其结构安全[5]。因此研究与红军标语基体相容性好、耐久性和稳定性强的保护材料迫在眉睫[6]

与其他不可移动文物相比,红军标语书写的基底很广泛,可以是石头、木材和土砖等,所以红军标语的地仗层也不尽相同。大多数红军标语的地仗层为碳酸盐基地仗层,研究碳酸盐基地仗层的封护,增强其耐久性,对红军标语的保存具有重大意义。不可移动文物的病害大多与水的溶蚀、结晶和毛细作用有关[7]。在过去的几十年中,各种材料已被用于碳酸盐基材的封护[8]。无机保护材料如Ca(OH)2和K2SiO3具有很好的抗老化性能,但封护效果较差[9]。Ba(OH)2能够与空气中的CO2反应生成难溶碳酸盐,与碳酸盐基材中的CaCO3形成分子连接从而达到加固封护的目的。但后续观察发现涂层反应过快而形成硬壳,然后破碎,失去保护作用[10]。有机高分子保护材料包括丙烯酸树脂、环氧树脂、有机硅树脂和有机氟树脂等,传统有机高分子材料老化后与基体不相容[11],易发生交联、断链和变色等物理化学性质变化[12];还易导致基材内部的水蒸气很难渗到基材外部[13],使基体出现开裂、剥落等现象,从而对基材造成二次破坏。丙烯酸类树脂如Paraloid B72,具有良好的成膜性和透明性,但耐水性差[14];此外,Paraloid B72膜较脆,且容易使文物颜色加深,耐冻融效果不佳[15]。冯楠[15]使用十二烷基三甲氧基硅烷(WD-10)水溶剂、WD-10乙醇溶剂与丙烯酸树脂对西安城墙、大足石刻和高句丽石质文物进行封护研究,发现经丙烯酸树脂封护的表面较其他2种封护剂的表面颜色稍微加深,且对文物耐冻融性的提高没有多大作用。美国第六届国际土制建筑保护会议介绍了1968年采用有机硅树脂对伊拉克Seleucia和Hatra遗址的风干砖进行保护的案例[10],20年后对其封护效果进行评价,结果差强人意,但某些受盐侵蚀较严重的部位出现了封护剂破碎、脱落的现象。有机硅树脂相较于丙烯酸树脂虽然封护效果较好,但从材料制备的角度来看,有机硅树脂需要较长时间的高温固化(150~200 ℃),不便于大面积施工。和玲[16]使用有机氟树脂加固封护钟山石窟,发现有机氟树脂不会改变基体颜色,并且能够使基体强度与耐水侵蚀能力提高。环氧树脂(如EP2101)粘合力强,但易黄变,老化后不易去除[17-18]

聚己内酯(PCL)是半结晶型可降解高分子材料,分子式为${\rm{H{\rlap{-} [}O}}{\left( {{\rm{C}}{{\rm{H}}_2}} \right)_5}{\rm{CO}}{{{\rm{\rlap{-} ]}}}_n}{\rm{OH}}$,具有良好的生物相容性,被广泛应用于生物医用领域和环保可降解塑料的研发。其降解后生成CO2和H2O,不会对地仗层造成二次损害。Ca(OH)2是与碳酸盐基文物相容性最好的保护材料之一[19],将其制成纳米Ca(OH)2(n-Ca(OH)2),颗粒可随有机溶剂渗入到基材内部,且颗粒表面活性较高,更易发生碳化反应从而起到加固作用[20-21]。使用纳米粒子改性后的有机树脂透气性更好[22],可避免基材封护后水蒸气透过率低而引发的开裂或剥离等破坏现象[23]。本文制备了n-Ca(OH)2改性的PCL红军标语地仗层封护剂(以下简称n-Ca(OH)2/PCL封护剂),通过一系列表征方法探讨了封护剂的作用机理,评估了经封护剂封护的试样的耐久性,为红军标语地仗层的妥善保存提供了一种有效的方法。

1 实验部分 1.1 实验材料与仪器 1.1.1 实验材料

PCL(CAPA ® 6500C,相对分子质量50 000,德国巴斯夫公司);无水氯化钙(纯度96%),二甲基甲酰胺(纯度95%),氢氧化钠(纯度99.9%),氢氧化钙(纯度95.0%),四氢呋喃(纯度99.5%),硅烷偶联剂KH570(纯度97%),均购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司;石英砂(40目(0.425 mm)、60目(0.250 mm)及200目(0.075 mm),厦门艾思欧标准砂有限公司);Ca(OH)2标准物质(95%,天津百伦斯生物技术有限公司)。

1.1.2 仪器

胶砂搅拌机(JJ-5型,无锡建材实验仪器设备厂),水泥胶砂振实台(ZS-15型,无锡建材实验仪器设备厂),电子万能试验机(WDW-100 kW型,无锡建材实验仪器设备厂),集热式恒温加热磁力搅拌器(DF-101S型,邦西仪器科技(上海)有限公司),通用色差计(JZ-300型,深圳市金淮仪器设备有限公司),电热恒温鼓风干燥箱(DH-101-1BY型,天津市中环实验电炉有限公司),卡斯特量瓶(10 mL,直径约3 cm,自制)。

1.2 n-Ca(OH)2的制备

将13 g无水氯化钙溶于100 mL 5%(质量分数) 的二甲基甲酰胺溶液中,与100 mL 20%(质量分数)氢氧化钠溶液混合,搅拌60 min后,离心,用饱和石灰水离心洗涤3次,在100 ℃下干燥12 h后常温密封放置,备用。

1.3 n-Ca(OH)2/PCL封护剂的制备

将PCL颗粒及n-Ca(OH)2烘干。将PCL溶于四氢呋喃中,其中PCL占四氢呋喃的3%~6% (质量分数)。将硅烷偶联剂KH570与n-Ca(OH)2混合搅拌均匀,其中KH570的用量为n-Ca(OH)2的4%~7%(质量分数),在磁力搅拌下将其缓慢加入溶有PCL的四氢呋喃中,搅拌15 min后,超声30 min,得到n-Ca(OH)2/PCL封护剂。

将n-Ca(OH)2占PCL的0%(质量分数,下同)、2%、4%、6%、8%和10%的n-Ca(OH)2/PCL封护剂分别简称为P-N0、P-N2、P-N4、P-N6、P-N8和P-N10,经以上封护剂封护的试样分别简称为S-P-N0、S-P-N2、S-P-N4、S-P-N6、S-P-N8和S-P-N10,未经封护的空白试样简称为S-U0。

1.4 n-Ca(OH)2/PCL封护膜的制备

将1.3节制备的封护剂均匀涂覆在模拟地仗层试样上,在自然条件下养护28 d,可得到相应的n-Ca(OH)2/PCL封护膜。

1.5 分析与表征

采用Hitachi S-3600 N型扫描电子显微镜(SEM)(日本日立公司)表征样品的微观形貌,电子加速电压为20 kV;采用RINT2000型X射线衍射仪(XRD)(日本岛津公司)进行XRD测试,阳极为Cu靶,工作电压为40 kV,扫描范围为5°~75°,扫描速度为4(°)/min;采用FTIR-8400S型傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)(日本岛津公司)进行红外光谱测试,测试范围为4 000~400 cm-1;采用DSC-204F型差示扫描量热仪(DSC)(德国耐驰公司)测定封护膜的熔融温度和结晶度,测试范围为30~90 ℃,升温速率为10 ℃/min;采用接触角测试仪(JCY-1型,上海方瑞仪器有限公司)测定试样的接触角。

1.6 模拟地仗层试样的制备

将熟石灰、40目石英砂、60目石英砂、200目石英砂和去离子水按1∶0.5∶1∶0.5∶0.75的质量比加到胶砂搅拌机中,充分搅拌后倒入模具中成型,在温度为(23±2) ℃、相对湿度为(65±5)%的环境中养护3 d后脱模,制成尺寸为4 cm×4 cm×4 cm的试样后继续在此环境中养护30 d。

1.7 模拟地仗层试样的封护

用软毛刷蘸取封护剂,均匀涂于试样的6个面,每2个面之间的涂覆时间至少间隔30 min,封护剂的涂刷量约为0.03 g/cm2。封护后在自然条件下养护28 d。

1.8 封护试样的毛细吸水性及水蒸气透过性测定

参照ISO 15148:2002[24]采用卡斯特量瓶进行毛细吸水系数的测定:

$ {W_{\rm{w}}} = \frac{Q}{{\sqrt {t/60} }} $ (1)

式中,Ww为毛细吸水系数,kg/(m2·h0.5);Q为单位面积毛细吸水量,kg/m2t为吸水时间,min。

参照ISO 12572:2016[25]进行水蒸气透过性能测定,计算水蒸气透过率:

$ V = \frac{{{{10}^3}\Delta m}}{{At}} $ (2)

式中,V为水蒸气透过率,mg/(cm2·d);A为试样透过水蒸气的面积,cm2t为测试时间,d;Δmt时间内质量的损失,g。

1.9 封护试样的耐久性试验

参照GB/T 14522—2008[26]进行为期56 d的耐紫外老化试验。参照WW/T 0028—2010[27]进行耐冻融循环和耐可溶盐循环试验,其中耐冻融循环试验进行8个周期,耐可溶盐循环试验进行20个周期。耐水侵蚀试验方法:将试样浸泡在去离子水中35 d,取出,晾干。耐酸雨侵蚀试验方法:向试样表面按1 g/cm2均匀滴加模拟酸雨溶液(0.2 g/L Na2SO4+0.2 g/L NaHCO3,用稀硫酸调到pH=5),试样干燥后继续滴加,累计60个循环。

参照JGJ/T 70—2009[28]采用电子万能试验机测试试样的抗压强度和抗折强度。参照GB/T 1766—2008[29]采用色差计测量试样封护前后的色度值,计算色差值。

2 结果与讨论 2.1 n-Ca(OH)2的表征结果

图 1为本实验制备的n-Ca(OH)2与Ca(OH)2标准物质的XRD图谱。由图 1可知,制备的n-Ca(OH)2与Ca(OH)2标准物质的XRD图谱一致,说明成功制得Ca(OH)2

图 1 n-Ca(OH)2与Ca(OH)2标准物质的XRD图谱 Fig.1 XRD patterns of n-Ca(OH)2 and Ca(OH)2 standard substance

制备的n-Ca(OH)2的SEM微观形貌如图 2所示。由图 2可知,n-Ca(OH)2的微观形貌为不规则多边片状颗粒,颗粒的最大直径约为200 nm,说明成功制得n-Ca(OH)2

图 2 n-Ca(OH)2的SEM图 Fig.2 SEM image of n-Ca(OH)2
2.2 n-Ca(OH)2/PCL封护膜的表征结果 2.2.1 FT-IR分析

n-Ca(OH)2/PCL封护膜的FT-IR测试结果如图 3所示。图中2 945 cm-1处对应PCL主链上CH2的不对称伸缩振动,2 865 cm-1处对应PCL主链上CH2的对称伸缩振动[30],1 723 cm-1处对应酯羰基的伸缩振动[31],1 470~1 365 cm-1处对应CH2面内弯曲振动[32],1 295 cm-1、1 241 cm-1和1 187 cm-1处对应C—O—C的不对称伸缩振动,1 108 cm-1和1 047 cm-1处对应C—O—C的对称伸缩振动,960 cm-1处对应COO面内变形,734 cm-1处对应(CH2)5面内摇摆振动,这些都对应PCL的主链结构。图中875 cm-1处对应Si—O对称收缩振动吸收,这个峰在P-N2、P-N4、P-N6、P-N8和P-N10中均出现,而在P-N0中未出现,主要是因为P-N0中未添加硅烷偶联剂KH570,Si—O吸收峰的出现说明KH570与PCL主链很好地结合在了一起。由图可知,n-Ca(OH)2的添加量在2%~10%内的FT-IR谱图与P-N0谱图基本一致,未观察到n-Ca(OH)2的红外特征峰,说明n-Ca(OH)2的添加不会改变PCL分子链的主体结构。

图 3 封护膜的FT-IR谱图 Fig.3 FT-IR spectra of sealing films
2.2.2 微观形貌

封护膜的微观形貌如图 4所示。由图可见,不含n-Ca(OH)2的封护膜(P-N0)外观平整,质地均匀。P-N2开始出现少量的n-Ca(OH)2,且分布较为均匀。从P-N6中可以明显观察到n-Ca(OH)2含量增加,随着n-Ca(OH)2含量的进一步增加,P-N8在n-Ca(OH)2的位置处产生了气孔,气孔较小且分布均匀。气孔产生的原因可能为:n-Ca(OH)2与PCL分子的比表面能不一,PCL分子链与n-Ca(OH)2之间具有一定的“排斥效应”,Ca(OH)2的存在阻碍了PCL分子链在成膜过程中的有序排列,破坏了封护膜的连续性,因此Ca(OH)2与PCL的结合界面产生“微隙”,纳米粒子含量的增加及团聚使“微隙”程度加剧,进而发展为气孔。从P-N10中可以更明显地看到团聚的n-Ca(OH)2和孔洞,此时团聚的n-Ca(OH)2颗粒粒径已经达到微米级。

图 4 封护膜的SEM图 Fig.4 SEM images of sealing films
2.2.3 DSC分析

封护膜的DSC测试结果如图 5所示。通过DSC测定得到封护膜的熔融初始温度Ts、熔点Tm和熔融焓ΔHm。封护膜的结晶度计算公式为

$ {X_{\rm{c}}} = \frac{{\Delta {H_{\rm{m}}}}}{{(1 - \psi )\Delta {H_0}}} $ (3)
图 5 升温过程中封护膜的DSC熔融曲线 Fig.5 DSC melting curves of sealing films during heating

式中,Xc为n-Ca(OH)2/PCL封护膜中PCL的结晶度;ΔHm为封护膜的熔融焓;ψ为n-Ca(OH)2在封护膜中所占的质量分数;ΔH0为PCL在100%结晶时的理论熔融焓,为166.5 J/g。封护膜的TsTm、ΔHmXc表 1所示。

下载CSV 表 1 封护膜的TsTm、ΔHmXc Table 1 Ts, Tm, ΔHm and Xc of sealing films

表 1可得,封护膜P-N0的熔点为66.27 ℃,结晶度为0.34。随着n-Ca(OH)2含量的增加,n-Ca(OH)2/PCL封护膜的TsTm保持相对稳定,说明n-Ca(OH)2的添加未改变PCL分子链的主体结构,这在2.2.1节中得到证实,但ΔHmXc却明显降低,说明n-Ca(OH)2与PCL之间存在相互作用:纳米粒子在PCL基体中形成的物理交联点阻碍了PCL分子链的运动,从而阻碍了PCL分子链的有序排列,限制了成膜过程中晶区的生长,纳米粒子含量越多,阻碍作用越明显[32],因此封护膜的结晶度降低。结晶度降低有利于提高封护膜的柔韧性,从而在受外力扰动时封护膜不易破裂。

2.3 封护试样的宏观形貌

试样在封护前后的宏观形貌如图 6所示,由图可见试样经封护后未发现肉眼可见的外观变化。

图 6 试样在封护前后的宏观形貌 Fig.6 Macroscopic morphologies before and after sample sealing
2.4 封护试样的毛细吸水性能

封护试样的单位面积吸水量与吸水时间的关系如图 7(a)所示,试样经封护后单位时间单位面积的吸水量大幅度降低。由图 7(b)可见封护试样的毛细吸水系数约为未封护试样的1/10,说明封护剂可有效阻止水分从试样外部进入内部,从而显著提高试样的耐水侵蚀能力。同时随着封护膜中n-Ca(OH)2含量的增多,毛细吸水系数略微增加,其原因是:1)在同等涂刷量的情况下,n-Ca(OH)2含量的增多导致实际起封护作用的PCL含量降低,封护作用减弱;2)n-Ca(OH)2颗粒增多,发生团聚现象,封护膜产生了“微隙”,使水分子更易从“微隙”中透过。

图 7 试样的毛细吸水性能 Fig.7 Capillary water absorption of the samples
2.5 封护试样的接触角

封护试样的接触角测试结果如图 8所示。未封护的地仗层表面及内部存在许多孔隙,水滴在地仗层表面时迅速沿孔隙渗入地仗层内部,因此其接触角为0°。由图 8可知,0~4 min时封护后试样表面的接触角均在80°以上,皆具有一定的疏水性,这是由于PCL中的酯键为憎水基团[30]。0~2 min时随着封护剂中n-Ca(OH)2含量的升高,试样的接触角先增加后降低,其中S-P-N8的接触角最大,0 min时为93.60°。微米/纳米复合的阶层结构可有效提高疏水性[33-35],即使是亲水材料,水滴也可以悬挂在微米/纳米复合结构的表面。S-P-N8体现出最高的疏水性,可能是因为封护剂中8% n-Ca(OH)2的添加量使其部分形成微米尺寸的团聚(由图 4的微观形貌可证明),这使得封护膜中既存在微米尺度的Ca(OH)2,又存在纳米尺度的Ca(OH)2,形成了最佳的微米/纳米复合阶层,提高了封护膜的疏水性。当n-Ca(OH)2的含量增加到10%时,团聚效应进一步增加,微米尺度的Ca(OH)2进一步增加,纳米尺度的Ca(OH)2减少,超过了微米/纳米复合的最佳临界条件,故疏水性呈现降低趋势。

图 8 试样的接触角 Fig.8 Contact angles of the samples
2.6 封护试样的水蒸气透过性能

封护试样的水蒸气透过性能测试结果如图 9所示。随着n-Ca(OH)2含量的增多,试样的透气性呈略微增加的趋势,其原因是n-Ca(OH)2颗粒的增多和团聚使封护膜产生了“微隙”,使内部的水蒸气更易从这些“微隙”中透出而具有透气性。根据式(2)计算出试样S-U0、S-P-N0、S-P-N2、S-P-N4、S-P-N6、S-P-N8、S-P-N10的水蒸气透过率分别为20.13、16.03、16.62、17.00、17.08、17.34、17.20 mg/(cm2·d),封护试样比未封护试样的水蒸气透过率降低约13%~20%,说明封护试样具有良好的水蒸气透过性能。

图 9 试样的水蒸气透过性能 Fig.9 Water vapor transmission performance of the samples
2.7 封护试样的耐久性

试样耐久性试验后的抗压强度和抗折强度如图 1011所示。由图可知,耐紫外光老化后试样的抗压强度和抗折强度高于耐久性试验前,其原因可能为基材的碳酸化周期长,在紫外老化过程中基材进一步碳酸化增强了其强度。经耐冻融循环试验后S-P-N8的抗压强度最高,S-U0和S-P-N8的抗压强度相比试验前分别降低了88.11%和6.98%,S-P-N8的抗折强度为S-U0的2.37倍,说明P-N8封护剂可大幅提高试样的耐冻融循环性。各项耐久性试验后,封护后的试样抗压强度和抗折强度均高于S-U0。封护剂成膜后,一方面可有效阻止水分从外部进入试样内部,进而有效降低水分对试样的侵蚀作用和水结晶时对试样的膨胀应力;另一方面对试样起到一定的拉结作用,使其抗压强度和抗折强度增强。

水平直线表示耐久性试验前未封护试样的抗压强度。 图 10 试样耐久性试验后的抗压强度 Fig.10 Compressive strengths of the samples after durability test
水平直线表示耐久性试验前未封护试样的抗折强度。 图 11 试样耐久性试验后的抗折强度 Fig.11 Flexural strengths of the samples after durability tests

试样经耐久性试验后的色差值ΔE图 12所示。根据GB/T 1766—2008[29],当ΔE≤1.5时变色程度为无变色,当1.6≤ΔE≤3.0时为很轻微变色,当3.1≤ΔE≤6.0时为轻微变色。从图 12中可以看出试样的色差值均低于6.0,即老化后试样的变色程度均处于无变色至轻微变色的范围内,说明变色程度较小。由图可见,耐冻融循环试验对封护试样的色差影响最大,其余老化试验对试样的色差值影响均较小。

图 12 试样经耐久性试验后的色差值 Fig.12 Color difference values of the samples after durability tests
3 结论

制备了纳米氢氧化钙改性聚己内酯封护剂,通过FT-IR、SEM、XRD和耐久性试验等探讨了封护剂的保护机理,以及n-Ca(OH)2对封护效果和耐久性能的影响。主要结论如下:

(1) 封护剂的作用机理为封护剂中的PCL成膜可有效阻止水分从试样外部进入内部,微团聚的Ca(OH)2与纳米Ca(OH)2共同形成了微米/纳米复合结构,使n-Ca(OH)2/PCL封护膜相比纯PCL封护膜的疏水性增强。此外n-Ca(OH)2的加入可提高封护膜的透气性。PCL中加入8%的n-Ca(OH)2时,封护膜的疏水性最好,同时具有良好的透气性。

(2) n-Ca(OH)2通过在PCL基体中形成物理交联点,限制了PCL成膜过程中晶区的生长,有利于提高封护膜的柔韧性。

(3) 封护剂对试样的外观无明显影响,可有效提高被保护试样的抗压强度和抗折强度,且老化后试样的变色程度在无变色至轻微变色的范围内。

(4) 封护剂对红军标语模拟地仗层具有良好的封护效果,其中P-N8封护剂的综合性能最好。

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