基于纳米无机材料的脆弱骨质文物加固保护研究

Unearthed bone relics can offer valuable information for archaeology, geologic climate, paleontology and paleogeology research. Unfortunately, theses kinds of relics are usually porous, fragile, and frequent weathering phenomena like cracking and chalking make them difficult to deserve. Due to limited service life, poor compatibility and disturbance to sequent tests, organic polymers are not believed to be effective and ideal conservation material. Therefore, we are planning to study a kind of novel inorganic homogeneous material for the conservation of bone relics. The study includes the preparation of stable organic disperse system of nano calcium hydroxide and nano calcium dihydrogen phosphate mixture, the setting mechanism and influencing factors of the nano organic disperse system and the application of the nano calcium hydroxide and calcium dihydrogen phosphate organic disperse system in the consolidation of the bone,tortoise shell,horn and tooth cultural relics. This exploring study provides new insights for the conservation of cultural relics.

出土骨质文物能为考古、古气候、古生物及地质研究提供宝贵的信息，具有极高的科学价值。不过，此类文物一般结构疏松多孔，力学强度脆弱，出土后极易发生开裂、粉化等风化现象，难以保存。而且，由于保护时间有限、与文物基材兼容性差且影响文物后续的分析测试等不足，文物保护中常用的有机高分子树脂材料并不能为之提供有效和理想的保护。为此，本项目拟在前期工作的基础上开展脆弱骨质文物加固保护材料的制备及其应用研究，内容包括纳米氢氧化钙-纳米磷酸二氢钙混合非水分散体系的制备、纳米氢氧化钙-纳米磷酸二氢钙混合非水分散体系的固结机制及影响因素研究及纳米氢氧化钙-纳米磷酸二氢钙混合非水分散体系在脆弱骨质文物加固保护中的应用。开展所述纳米无机非水分散材料的制备及其应用研究对于脆弱亚化石类骨质文物的保护具有重要意义。

由于长期的地下埋藏，骨质文物在出土时其有机成分已分解殆尽，仅存以钙、磷为主要成分的无机残体，且结构疏松多孔，力学强度脆弱，容易损坏，因而在归藏之前往往需要进行加固保护处理。而从物理化学兼容性和保护效果来看，磷灰石显然比现有的加固材料更适合于此类脆弱骨质文物的保护。首先，磷灰石与出土骨质文物同为无机物且化学成分几乎完全相同，物理化学兼容性好；其次，作为骨水泥的主要成分，磷灰石材料的固结性强，可以达到所需的加固强度。在本研究中，为了便于对骨质文物进行保护处理，采用了将磷灰石前驱体材料纳米氢氧化钙与纳米磷酸氢钙分散在醇溶剂中制成悬浮分散液，再将之用于脆弱骨质文物的渗透加固处理。本项目的研究内容包括：纳米氢氧化钙、纳米磷酸氢钙及其混合悬浮分散液的制备、纳米氢氧化钙-磷酸氢钙混合悬浮分散液的固结机制及其在出土脆弱骨质文物加固保护中的应用。研究得出结论如下：1、以钙醇盐为原料，利用均匀沉淀方法制备纳米氢氧化钙、纳米磷酸氢钙及其混合悬浮分散液是可行的；2、在水存在下，纳米氢氧化钙-磷酸氢钙混合物可以自行固结，且其固结过程符合离子反应机制；3、纳米氢氧化钙-磷酸氢钙的混合悬浮分散液可用于疏松多孔骨质文物的保护处理。本工作为文物保护材料的研究提供了新思路，有助于破解出土骨质文物的保护难题，具有一定的启示意义及实际应用价值。