新型纳米渗透固结型天然大理石表面保护剂研究

Natural marbles have very high using and appreciating values. Natural marble surfaces can be easily corroded and weathered by impurities, moisture and carbon dioxide etc. Hence, study and protection of the marble surfaces have scientific significance as well as important practical values. This project will systematically study the surface morphology and micro component distribution of natural marbles mined mainly form Yunnan province to survey the mechanism of the corrosion and weathering. Methods of biomimetic syntheses and sol-gel processes will be adopted to prepare nanometer inorganic/organic seepage consolidation protectants which combined the novel properties of nanomaterials and the liquid repellency of organic low surface energy materials. Protective films will be formed on the top of the marble surfaces as well as in the micro channels at a certain depth beneath the surface by permeation and consolidation of the protectants. The protective films have the functions of antibacterial and self-cleaning as well as its protecting of the marbles. The processes and components of the protectants will be in-depth studied and optimized to improve the stability and the durability. The researches of this project will provide references and products for natural marble protection.

天然大理石具有极高的应用价值和欣赏价值。大理石表面容易受到外界杂质、水、二氧化碳等的作用而被腐蚀和风化，因此对其表面的研究和保护具有重要的科学意义和实用价值。本项目主要以云南出产的天然大理石为研究对象，系统研究大理石的表面形貌、成分分布及其自然环境下被腐蚀、风化的微观物理、化学过程。在此基础上，利用纳米材料的尺寸效应、表面效应等独特性能，以及低表面能有机材料的液体排斥性，主要采用仿生合成和溶胶凝胶方法，研制用于大理石表面保护的新型纳米无机/有机渗透固结型保护剂，这种保护剂在大理石表面及以下一定深度范围内固结形成保护膜，在对大理石进行保护的同时，具备抗菌、自清洁等功能。深入研究并不断优化保护剂中的纳米无机材料和有机低表面能材料之间的结合状态、保护膜的耐久性及其与大理石之间界面的稳定性，获得性能优良、耐久性好、多功能的新型大理石保护剂，为大理石保护提供参考和实际应用产品。

本项目按照研究计划执行。以云南出产的天然大理石等石材为研究对象，系统研究石材的表面形貌、成分及其在自然环境下被腐蚀、风化的微观物理、化学过程。在此基础上，利用纳米材料的尺寸效应、表面效应等独特性能，以及低表面能有机材料的液体排斥性，主要采用仿生合成和溶胶凝胶方法，研制用于大理石表面保护的新型纳米无机/有机渗透固结型保护剂。这种保护剂在石材表面及以下一定深度范围内固结形成保护膜，在对石材表面进行保护的同时，具备抗菌、自清洁等功能。深入研究并不断优化保护剂中的纳米无机材料和有机低表面能材料之间的结合状态、保护膜的耐久性及其与石材表面之间界面的稳定性，获得性能优良、耐久性好、多功能的新型石材保护剂，为天然石材保护提供参考和实际应用产品。新增了铜锡硫（CTS）纳米晶半导体材料的研究，金属铝表面的修饰改性研究等内容。本项目基本达到了研究目标。.项目取得的主要成果有：（1）初步建立了大理地区生产的天然石材物性数据库，系统研究了大理石在自然环境下的被腐蚀、风化机理；（2）采用仿生合成、溶胶凝胶等方法，研究和开发出由纳米晶TiO2, Al2O3或SiO2等材料和低表面能有机材料复合而成的新型纳米无机/有机渗透固结型保护剂，结合大理石表面预处理和保护剂成膜控制，形成特定微纳结构，实现表面静态水接触角大于160°，滞后角小于20°的超疏水性能，并具有抗菌、防霉等功能，为天然石材保护提供了参考和实际应用产品；（3）新增了在铝表面构建特定微纳结构，用烷基磷酸类材料进行修饰改性，获得自清洁功能。系统研究了烷基磷酸自组装单分子膜的稳定性及热分解过程；（4）制备了纳米晶铜属硫化物材料，并将他们应用于染料敏化太阳能电池的对电极，为研发替代Pt材料的染料敏化太阳能电池对电极提供了参考。