寒武紀
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一種適用於恐龍化石的新型保護材料及其製備方法
本發明公開了一種適用於恐龍化石的新型保護材料及其製備方法，所述材料由丙烯酸酯類聚合物和改性納米二氧化矽複合而成。所述方法採用乳液聚合方式，以甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯和丙烯酸為主要單體進行聚合，並在聚合反應開始前或聚合反應結束後加入改性納米SiO2液攪拌混勻。製備工藝簡單，原料易得，成本低廉，環境友好，易於實現工業化生產。具有良好的化學穩定性，其形成塗膜具有優良的耐蝕性、耐候性、附著性和熱穩定性，能保持化石原貌，減少因環境因素對恐龍化石的風化，延長化石壽命。
[0002] 恐龍化石是大自然賜予人類的不可再生的寶貴財富。中國是世界上恐龍化石資源最豐富的國家，在二十多個省(市、自治區)都發現了豐富的恐龍化石，到2012年底，我國已批准建立了 20多家以恐龍化石、恐龍足跡化石、恐龍蛋化石等地質遺跡為主要保護對象的國家地質公園和世界地質公園。同時，還有數量眾多的自然博物館、地質博物館和專門的恐龍博物館收藏有大量的恐龍化石。研製新型材料應用於恐龍骨骼化石、古生物化石等保護，具有重要科學價值和巨大的應用價值。
[0003] 恐龍化石保護材料應具備透明性好、耐候性優良、耐蝕性好、保持化石原貌等特點。為此，實驗確定恐龍化石保護材料由兩部分組成，即高分子基質和納米無機材料。納米無機材料絕大多數選用二氧化矽，這由納米二氧化矽特殊的結構性能密切相關。高分子基質是保護材料的重要部分，高分子基質材料是構成保護材料的主體部分，為納米無機材料提供合適的載體，使其產生合適的網路結構，因此高分子基質材料與無機納米材料應互為補充。選擇基質材料主要考慮以下三個方面:原料易得、成本低廉、製備容易等。保護材料的基質，主要有有機矽樹脂、丙烯酸酯、環氧樹脂、硝基清漆等。這些材料都有不同程度的保護作用，但存在一定的局限性，使其使用範圍受到了限制，使用效果受到了影響。如環氧樹月旨，粘附力強化學穩定性好，具有良好的耐鹼性、耐酸性和耐溶劑性，加固作用好，但透氣性差，在化石表面成膜會阻止化石內部水分的蒸發和氣體的交換，長時間會引起化石表面脫落，且在陽光的紫外線照射下易變色，耐中性鹽霧腐蝕性差，透光性能一般。硝基清漆是一種由硝化棉、醇酸樹脂、增塑劑及有機溶劑調製而成的透明漆，屬揮發性油漆，具有乾燥快、光澤柔和、耐酸鹼性和中性鹽霧腐蝕性較好等特點，但其不透氣，色澤深，不耐老化，使用後影響化石外觀，隨時間增長 ，顏色越變越深，以至於難以看出化石的本來面貌，不利於觀察和科學研究，同時，它不是一種環保型塗料，使用時毒性較大，所以儘管還在使用，但也不能認為是理想的保護材料。有機矽材料由於生產工序複雜,成本很高,耐中性鹽霧腐蝕性差，透光性能一般，因而限制其應用。因此，使人們把更多的注意力轉移到了以丙烯酸樹脂為基質的保護材料的研究。丙烯酸樹脂基保護材料具有製備工藝簡單、耐候性、保光性、成膜性良好，常溫自幹及卓越的機械性能的優點。這些優點使得在常態下研究和生產化石保護材料成為可能，受到廣泛關注。
[0004]目前的研究普遍選擇原料豐富、易於製備的丙烯酸單體經聚合為保護材料基質，它具有好的耐候性、保光性、成膜性、常溫自幹性及機械性能，能較好抵禦各種酸堿的腐蝕。但是丙烯酸類樹脂分子多為線性結構，缺少交聯點，因而耐水性，耐候性和抗熱性有待優化，為此採用納米二氧化矽複合技術對該材料進行改性，使其在保持原有優良特性的基礎上，顯著提高保護材料的耐水、耐候和抗熱等性能。目前國內的研究報導中都選擇以石質文物和陶質文物為研究物件。而恐龍化石主要構成物為方解石和磷灰石，因而要求新型保護材料為中性或弱鹼性，以防止保護材料對化石的破壞；恐龍化石現使用保護材料大多為硝基清漆，該材料有毒，環保性差，同時，其塗覆化石表面一段時間後顏色逐漸變深，降低透明性，不能保持化石原貌，影響觀察和研究；在現有的研究中，未見有針對恐龍化石的特性，以納米二氧化矽改性丙烯酸酯用於保護化石的詳細配方和應用報導。
發明內容
[0005] 本發明針對上述問題，提供了一種適用於恐龍化石的新型保護材料及其製備方法。
[0006] 本發明通過以下技術方案來實現:
一種適用於恐龍化石的新型保護材料，所述材料由丙烯酸酯聚合物和改性納米二氧化矽複合而成。
[0007] 由於納米SiO2是一種無毒、無味非金屬材料，為無定型白色粉末，微結構呈絮狀和網狀准顆粒結構，為球形形狀，這種特殊結構使其具有獨特的性質:對波長490 nm以內的紫外線反射率高達70%~80%，添加在高分子材料中，可達到抗紫外線老化和熱老化的目的；小尺寸效應和宏觀量子隧道效應使其產生淤滲作用，可深入到高分子鏈的不飽和鍵附近，並與不飽和鍵的電子雲發生作用，改善高分子材料的熱、光穩定性和化學穩定性，從而提高產品的抗老化性和耐化學性；在高溫下仍具有強度、韌度和穩定性高的特點，將其分散在材料中，與高分子鏈結合形成立體網狀結構，從而提高材料的強度、彈性等基本性能，同時也大大提高防水性能；三維矽石結構、大比表面積、不飽和的配位數，使其對色素離子具有極強的吸附作用，可降低因紫外線照射而造成的色素衰減。而其他納米材料則不具有這些方面的性質。因此保護材料為了提升純聚合物-丙烯酸酯存在的不足，保持化石原貌，根據實驗研究表明丙烯酸酯基質聚合材料中添加納米二氧化矽可顯著提高相關性能。通過複合二氧化矽增加丙烯酸酯聚合物的支化程度，增加交聯點，顯著提高保護材料的耐水、耐候和抗熱等性能，而二氧化矽經過改性與烯酸酯聚合物之間可形成共價鍵結合，無機組分與有機結合更牢固，有利於保證材料的穩定性。`
[0008] 作為可選方式，所述改性納米二氧化矽均勻分佈在所述丙烯酸酯聚合物中，且所述改性納米二氧化矽與所述丙烯酸酯聚合物通過化學鍵相結合，構成三維網格結構。改性納米二氧化矽均勻分佈三維網格結構中，有利於保證材料的性能均一性，也可以提高保護材料的綜合性能。
[0009] 作為可選方式，所述丙烯酸酯聚合物主要由甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸四種單體通過核-殼共聚而成。通過選擇多種單體共聚也有利於提高丙烯酸酯聚合物支化程度，更容易形成三維網格結構。
[0010] 作為可選方式，所述四種單體按以下品質份組成:甲基丙烯酸甲酯39~45份；甲基丙烯酸丁酯20~43份；丙烯酸甲酯15~39份；丙烯酸1_2份。
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寒武紀:生命的伊甸園 |
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