《文物保护材料学：第3章1-清洗材料的使用课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《文物保护材料学：第3章1-清洗材料的使用课件.ppt（151页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第二章第二章 清洗材料及使用清洗材料及使用参考书洗涤剂、表面活性剂第一节污垢及其分类一污垢的分类（1）按形状颗粒状污垢：粘附的土、灰尘膜状污垢：水垢、锈层（2）按极性非极性污垢极性污垢（3）按来源风化产物：文物本身物质与环境的化学作用产物，如金属的锈蚀、石质的表面风化壳（如铜器锈蚀形成的各种铜的矿物，碳酸钙类石质风化而成的硫酸钙等）；外来的：灰尘、霉菌、藻类等；人为的：如不当的书写，不当的修复。（4）按成分无机污垢：水垢、锈垢、泥垢等，多属于金属或非金属的氧化物或无机盐类；有机污垢：纺织品上的油垢、血渍、色素等。（5）按溶解性溶于水的：钾、钠的无机盐，某些有机质等；不溶于水的：可溶于有机溶剂的
2、有机质；难溶有机物；水分散的：尘土、石灰、石膏等无机污垢，润滑油、油漆等不溶于有机溶剂的物质；它们可以用水分散。（6）按存在部位表面的，内部的在物体表面形成的变质金属的锈蚀物，它是金属的风化产物，另外青铜质地的文物表面还会有因各种原因形成的单质铜的颗粒状或膜状沉积，膜状物与表面的结合是很紧密的。渗入物体内部多是在多孔材料中，如陶器、纺织品，石刻中的墨迹二污垢与载体之间的连接形式污垢与表面的结合状态是多种多样的，结合力不同、结合的牢固程度也不同，去除的难易不同，方法也应该有所不同。a单纯靠重力作用在物体表面沉积固体状态尘土的粘附b靠静电附着在物体表面碳黑、氧化铁对衣服的粘附c靠化学作用结合于物体
3、表面吸附的力有范德华力、氢键，也有化学键（离子的和共价的）。污垢靠吸附作用结合于物体表面时，这种结合力是很强的。如在文物表面沉积的水垢。d.物理连接三各种文物上的污垢1金属类：附着的土、金属腐蚀产物2陶瓷类：浮土、钙质沉积（结核）3石质：沉积物、盐类、地衣、藻类4有机质类：浮土、锈斑、霉斑5壁画：盐、钙质结晶、油烟、霉菌6遗址：可溶盐、降尘、霉菌、地衣青铜泥垢青铜锈蚀铁器锈蚀银器腐蚀石雕结垢玻璃泥垢玉器污垢壁画污垢第二节清洗用辅助材料清洗中主要的材料是水和有机溶剂一表面活性剂1定义与分类表面活性现象-定义的引起-分类（1）表面活性现象将不同物质分别溶于水后，会发现水的表面张力有所变化。变化有三
4、种情况：a表面张力随物质浓度提高而增大：这些物质有氯化钠、氢氧化钾、等无机盐和蔗糖、甘露醇等有机物。b表面张力随溶质浓度提高而减小：这些物质包括醇、醛、脂肪酸等物质。c表面张力在稀溶液中随溶质浓度增加急剧下降，下降到一定程度后就缓慢下来或不再下降。具有这些特性的物质叫做表面活性物质。（2）定义表面活性剂为一类在溶液中浓度很低时就可以显著降低溶剂表面张力的物质。历史人类最原始使用的表面活性剂是是天然植物皂荚的提取物（皂草苷，皂素）。最早的合成表面活性物质是皂类；由于皂类易于和水中的盐类反应，发生沉积，因此应用受到限制。现在使用普遍的是合成的表面活性剂。结构特征分子结构中含有亲水基和亲油基两部分的
5、化合物。（3）分类表面活性剂的分类方法有几种：按离子型按溶解性按分子量按用途等常用的分类方法按离子型分类非离子表面活性剂离子性表面活性剂：正离子型，负离子型，两性型2表面活性剂的类型（1）阴离子型A羧酸盐型通式为RCOOMe（Me为金属）。代表品种有：肥皂、油酸钾、硬脂酸铝、松香酸钠等。（1）阴离子型B硫酸酯盐型通式为R-O-SO3Me。代表品种有：十二烷基硫酸钠、红油或蒙诺波尔油（蓖麻油硫酸化的产物，前者硫酸化程度低，后者硫酸化程度高）等。（1）阴离子型C磺酸盐型通式为R-SO3Me。代表品种有烷基苯磺酸钠、胰加漂T、渗透剂OT、拉开粉等。（1）阴离子型D磷酸酯盐型代表产品有：高级醇磷酸酯二
6、钠盐、高级醇磷酸双酯钠盐等。（2）阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵十二烷基二甲基苯亚甲基溴化铵（新洁而灭）十六烷基溴代吡啶（3）两性离子型表面活性剂当水溶液偏碱时，显示阴离子的特性；当水溶液偏酸时，显示阳离子的特性。典型的产品有：十二烷基氨基丙酸钠、十八烷基二甲基甜菜碱等。（4）非离子表面活性剂在数量上仅次于阴离子表面活性剂特点：稳定性高在水及有机溶剂中都有较好的溶解能力在一般固体表面上不发生强烈吸附与其它类型的表面活性剂有很好的相容性A聚乙二醇型亲水性由聚乙二醇基（聚氧化乙烯基）所致。适当控制氧乙烯基的含量，可以制成由油溶性到水溶性的各种非离子表面活性剂。a.平平加型表面活性剂b.OP型
7、表面活性剂c.P型表面活性剂d.Pluronic型表面活性剂e.脂肪酸-聚氧乙烯型表面活性剂f.其它B多元醇型a.司盘型b.吐温型（5）高分子表面活性剂分子量在数千到一万以上并具有表面活性的物质称作高分子表面活性剂。高分子表面活性剂的种类很多。（6）有机硅表面活性剂A聚醚改性有机硅表面活性剂B含硫酸盐或磺酸盐化合物的有机硅表面活性剂C有机硅季铵盐化合物（7）氟表面活性剂表面活性剂的碳链中氢原子全部被氟原子取代的全氟表面活性剂。例如；全氟辛酸钾、全氟癸基磺酸钠3表面活性剂的性质（1）亲水亲油性-HLB值hydrophile-lipophilebalancenumber表面活性剂的亲水性可以通过它
8、的HLB值表示。规定石蜡的HLB=0、油酸的HLB=1、油酸钾的HLB=20、十二烷基硫酸钠的HLB=40，以这些数值为标准，其它表面活性剂的HLB值可通过其它实验决定。HLB值越大，表面活性剂的亲水性越强，HLB值越小，表面活性剂的亲油性越强。各种表面活性剂HLB值的求算方法不同。HLB计算方法经验估算法：根据表面活性剂在水中的溶解状态，粗略估计计算法：根据亲水亲油基所占分子量的比例Davis法：将分子结构拆分，根据各自的贡献计算（2）水中状态与临界胶束浓度（cmc）水中状态表面活性剂在溶液中的存在状态有三种：以分子状态溶解吸附于相界面以胶束状态存在于水中胶束在水中，表面活性剂为使其亲油基不
9、被排斥而保持稳定，采取让分子中的亲油基相互紧靠在一起的方式，尽可能减少亲油基与水的接触面积，形成由几十到几百个表面活性剂分子相互靠在一起，把亲油基包围在内部不与水接触的分子聚集体。胶束的结构有球状、棒状、层状等。胶束结构临界胶束浓度在水溶液中加入表面活性剂，当浓度达到一定程度时胶束开始形成，胶束明显形成时的浓度称为临界胶束浓度。在临界胶束浓度范围内，溶液的许多性质都发生大的变化。临界胶束浓度可以通过理论推算，也可以通过实验求得，测定临界胶束浓度的方法有：表面张力法、电导法、折光指数法、染料增溶变色法等。4表面活性剂的作用可使水具有更好的浸润性，并去除更多的污垢。（1）润湿渗透作用润湿作用通过表
10、面活性剂改变液体对固体润湿性能的现象，叫做润湿。液体与固体接触时，有完全、润湿与不润湿等情况，在液体中添加表面活性剂后，可以使表面张力减小，这样使接触角减小，原来不能润湿的表面变得可以润湿。渗透作用渗透作用是润湿作用的一个应用，即液体向固体的内部和缝隙内部的运动。表面活性剂的加入可以使原来不能被液体润湿的表面变得可以被液体润湿并铺展，液体渗入固体的缝隙中去。NNO促进润湿的表面活性剂叫润湿剂，促进渗透的表面活性剂叫渗透剂。（2）乳化作用乳化作用是指两种不相混溶的液体中的一种以极小的粒子（粒径为10-1m）的均匀地分散到另一种液体中形成乳状液的过程。做乳化剂的表面活性剂有两种作用：一是降低两种液
11、体间表面张力的稳定作用；二是保护作用，在分散体周围形成的定向排列膜，防止分散体因相互碰撞而聚合的现象。（3）增溶作用增溶作用指表面活性剂有增加难溶性或不溶性物质在水中的溶解度的作用。增溶作用与表面活性剂在水中形成胶束有关，胶束内部实际是液态的碳氢化合物，因此苯、矿物油等不溶于水的非极性有机溶质较易溶解在胶束内部的碳氢化合物中。增溶现象是胶束对亲油性物质的溶解过程，是表面活性剂胶束的一种特殊作用。增溶作用发生在临界胶束浓度以上。胶束越多越大，增溶能力越强。不同的物质的增溶现象不同。（4）分散和絮凝作用A.分散作用粉碎好的固体粉末混入液体后往往会聚结而下沉，而加入某些表面活性剂后便能使颗粒稳定地悬
12、浮在溶液之中。把固体以极小的微粒分散在液体中形成悬浮体的过程叫做分散作用。表面活性剂能够使颜料分散在树脂溶液中成为油漆，使粘土分散在水中成为泥浆。原理表面活性剂吸附在固液界面上，降低了界面自由能，因此减弱了自发凝聚的过程；表面活性剂吸附在颗粒的表面形成均匀的溶剂化膜，阻碍颗粒相互接近；表面活性剂吸附在颗粒的表面后，由于离子化的亲水基超向水相，使所有颗粒获得相同的电荷，因此相互排斥，阻止了聚沉的发生。原理极性颗粒的分散是采取有极性的亲油端与颗粒通过极性场或离子场作用吸附在颗粒上，亲水基向水。B.絮凝作用用表面活性剂能使悬浮在液体中的颗粒相互凝聚，这是表面活性剂的絮凝作用。絮凝的形成如粘土颗粒的聚
13、沉，作用原理是：粘土颗粒带负电，极性水分子能在粘土周围形成水化膜，若加入阳离子表面活性剂（如季铵盐类），则与粘土结合后，中和粘土表面的负电荷，使粘土表面具有亲油性，粘土因此易于聚沉。高分子量的表面活性剂能与许多颗粒一起产生架桥吸附而使颗粒聚沉。（5）其它作用柔软作用：表面活性剂定向排列在织物表面，使相对静摩擦系数降低；抗静电作用：表面活性剂在织物表面易吸收水分而形成导电溶液；杀菌作用：季铵盐类和氨基酸两性表面活性剂对微生物的毒性较大。二抗再沉积剂1作用a.防止重金属的无机盐沉积；b.使因洗涤而进入水溶液中的污垢悬浮分散在水中，防止再沉积。2机理材料含有多量的负电荷，或与织物、污垢之间的亲和力较
14、好，使它能够吸附在污垢和纤维的表面，通过这种作用使污垢离子和织物之间产生静电斥力或电位效应，从而使得污垢粒子能够充分悬浮。3种类（1）羧甲基纤维素钠（2）羟丙基甲基纤维素钠（3）羟丁基甲基纤维素钠（4）聚乙烯醇（5）聚乙烯吡咯烷酮（6）醇溶性元（一种蛋白质）（7）聚乙烯噁唑烷酮（8）聚乙二醇（9）聚丙烯酸与丙烯酸/马来酸酐共聚物三漂白剂1.定义用于除去纺织纤维材、纸浆和油脂中所含有色物质的药剂。2.作用的机制各种色泽的产生：有机物-具有发色基团的存在。无机物-能带跃迁。K.拿骚：颜色的物理与化学。科学出版社，1991年4月。漂白是通过化学过程使物质变白，漂白简单地说是基质向脱色方向发生的所有色
15、泽变化。漂白引起了色泽系统的氧化或还原降解：漂白剂破坏了发色系统或者对助色基团产生了改性作用，使之降解为较小的水溶性单元而易于从织物上去除。对于文物的来说，漂白剂在对基质进行漂白的同时，还有去除各种色斑的作用。3.种类工业和家用的有含氯漂白剂、含氧漂白剂、还原漂白剂等。（1）含氧漂白剂a过氧化氢其氧化能力来自于过氧离子的氧化作用。某些金属离子对漂白有明显的催化作用，这些离子是：Fe3+、Mn2+、Cu2+。添加氨水可促进释放活性氧的过程，为了控制释放的速度，可以使用硅酸钠。用于清除有机残积物、黑色的硫化铁锈斑。优点：过氧化氢与色素作用，但不与纤维素发生作用或作用很弱；反应后没有引入任何离子。缺
16、点：据报道，过氧化氢的副产物在文物中可残留两年；某些镀层接触过氧化氢会产生破坏。（1）含氧漂白剂b.过硼酸钠、过碳酸钠：均是在反应中生成过氧化氢，然后释放氧而起到漂白作用的。（2）含氯漂白剂a次氯酸钠（NaOCl）成本低，在冷水中也有很好的漂白作用。但是只有在pH值=9.5-11的情况下才稳定。在酸性和碱性环境中生成氢氧化物和次氯酸，后者分解为氯化物、氯酸盐和氧，产生漂白作用。使用时可添加碳酸钠或醋酸以促进分解。缺点容易引起文物的破坏，例如被陶瓷的裂缝和缺陷部位吸收，通过吸湿-脱水循环，可以导致表层的脱落；次氯酸可使纤维素的羟基氧化，从而造成织物的破坏。另外对某些染料也有破坏作用。这种漂白剂一
17、般不能用于文物清洗，只有在特殊情况下才可使用。b.氯胺T白色细粉末，是一种温和的漂白剂，一直用在纸质文物的保护，例如漂白纸张和印刷品。使用前溶解于蒸馏水中，浓度为2%。特点：一旦使用，其漂白功能会迅速失去，所以不会残留腐蚀性物质在纸中。有人认为它可以在高浓度下使用，不会产生危害，因为即使不能洗去，它也是中性的。残留的部分会继续产生漂白作用。除了在纸张保护中使用外，还可用于去除大理石上的真菌。氯胺T(氯亚明)ChloramineT(TosylchloramideSodium)别名：氯胺、密安宁、托拉明、可罗拉民丁【作用与用途】本品为外用消毒药，对细菌、病毒、真菌、芽胞均有杀灭作用。其作用原理是溶
18、液产生次氯酸放出氯，有缓慢而持久的杀菌作用，可溶解坏死组织。适用于饮水食具、食品，各种器具、水果蔬菜消毒，创面、粘膜冲洗。中文名称:氯胺T中文别名：氯亚明T;对甲苯磺酰氯胺钠英文名称：Chloramine-T英文别名：Tosylchloramidesodium;N-Chloro-4-toluenesulfonamidesodiumsaltCAS号：127-65-1分子式：C7H7ClNNaO2S.3(H2O)（3）还原型漂白剂连二亚硫酸盐：作为纺织品去斑的主剂、作为大理石清洗铁锈的材料；除锈后应该彻底清洗，以防止任何漂白剂及其副产物的残留。太阳光：是一种很好的漂白剂太阳光：是一种很好的漂白剂四
19、螯合剂1定义由一个简单正离子（称为中心离子）和几个中型分子或分子（称为配合体）结合而成的复杂离子叫做配离子，含有配离子的化合物叫做配位化合物。如果一个配合体能够通过两个或两个以上的键与中心离子结合形成多元环，这个配位体叫做螯合剂，这个配位体叫做螯合体。螯合体比配位体更稳定。2常用的三类螯合剂（1）多聚磷酸盐（2）氨基羧酸及盐（3）羟基羧酸（1）多聚磷酸盐（2）氨基羧酸（AminocarboxylicAcids）及盐：如EDTA，曾成功地用于海洋考古所得陶瓷的去垢（钙质），对瓷的铁含量没有影响。（3）羟基羧酸常用的有柠檬酸（citricacid），酒石酸（tartaricacid）。pH11时，
20、它们络合钙离子的能力大于氨基羧酸和多聚磷酸盐；pH11时，与碱土金属的络合能力较弱。在各种pH条件下，均对铁离子和其它多价金属离子有络合作用。副作用：络合的选择性不强，有可能对文物产生破坏。3缺点在文物保护中易出现的副作用：损害陶瓷的釉或本体（由于污垢的一些成分与陶瓷的成分相似，例如螯合剂在螯合锈蚀中的金属离子的同时，也会将釉层中的金属离子如钙、镁等也溶解下来）。3缺点其它易受损的部位：未烧的装饰物（如彩绘）、镀层、表面的光泽。导致这些物质的分解，原来已经不稳定的风化的釉层进一步破坏，形成片状脱落，暴露出易损的下层物质。五酶1定义酶是由植物、动物和微生物产生的具有催化能力的蛋白质。酶是生物体中
21、的活细胞产生的一种具有催化作用的物质，能加快化学反应的速率，并能使反应以一定的顺序转换，是一种生物催化剂。2酶的组成酶的相对分子量一般都在10000以上，从结构上分为单纯酶和结合酶。单成分酶：仅由蛋白质组成。双成分酶：组成包括蛋白质部分（称为酶蛋白），非蛋白质部分（称为辅酶或辅基）。一般情况下，酶的分子要比它们作用的低物要大得多。酶的活性中心只是酶的很小一部分。3分类（1）氧化还原酶（2）转移酶（3）水解酶（4）裂解酶（5）异构酶4酶的催化机理（1）接近效应和定向效应（2）形变效应（3）共价催化作用和酸碱催化作用（4）环境效应5酶的使用特点（1）高效率的催化作用：（2）催化作用的单一性：有的酶
22、只作用于一种底物（叫做酶作用的绝对专一性）；有的酶仅催化一种类型的反应（叫做反应专一性）。（3）反应条件温和：不需要高温、高压、强酸、强碱等剧烈条件，可在常温常压条件下进行。（4）活性可以调节控制：通过各种方式可使酶的催化作用得到激活或抑制。6酶的去污作用分解作用清洗过程中使用的酶，从化学反应上分类属于水解酶，包括蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、淀粉酶、果胶酶等。这些酶在清洗过程中能促进各类有机物发生水解反应而分解。从化学上讲反应是切断有机物的链，使其分解。软化作用碱性纤维素酶侵入棉单晶的非结晶区，对纤维分子起作用，有效软化由纤维素分子和水组成的胶状结晶，封闭在其中的污垢被排出7常用种类介绍脂肪酶淀
23、粉酶纤维素酶果胶酶（1）脂肪酶能够催化脂肪水解的酶。（2）淀粉酶一种能对淀粉水解起催化作用的酶。（3）蛋白酶蛋白酶能将各种蛋白质类污垢分解成水溶性的肽或氨基酸，从而很容易去除。作用方式是使细菌在蛋白质基质上生长，使其水解。（4）纤维素酶是将纤维素水解成葡萄糖的一组酶的总称。纤维素能笼罩污斑，是形成带色衣物色斑的原因。纤维素酶的作用是将多次洗涤而沉积在棉纤维上的微纤维进行分解而提高洗涤效果。（5）果胶酶能够水解果胶质的一类酶。果胶酶最早用于麻类脱胶，例如分解苎麻果胶以制取麻纤维。六杀生剂（杀菌剂和抑菌剂）1无机杀生剂（1）氯气：价格低廉，常用。多用在工厂水质和饮用水的消毒杀菌。活性成分是有强大氧
24、化能力的次氯酸。Cl2+H2O=HCl+HClO（2）溴、碘：溴的杀菌能力也好，但是价格较高，限制了使用。碘是一种广谱的杀菌剂，但是水溶性低，限制了它的使用。（3）次氯酸钠、次氯酸钙：次氯酸钙叫漂白粉。二者在低pH值时杀菌效果好。（4）二氧化氯：有刺激气味的黄绿色气体，在pH=6-8的范围内有效地杀灭霉菌。杀菌能力是氯气的25倍。剂量小，作用快，效果好。不仅可以杀死菌类，藻类，还可以杀死孢子和病毒。缺点：容易发生爆炸，只可在现场制备。2NaClO+Cl2=2ClO2+2NaCl2有机杀生剂（1）氯酚类包括邻氯酚、对氯酚、五氯酚钠及2，2，-二羟基-5，5，-二氯甲烷等。2有机杀生剂（2）季胺盐
25、类可溶于水的离子型表面活性剂。三类典型结构：十二烷基二甲基苄基氯化铵（1227）十二烷基三甲基苄基氯化铵（1231）十二烷基氯化吡啶（洁尔灭）2有机杀生剂（3）有机氯素杀生剂三溴水杨酸替苯胺、三氯异氰尿素（TACC）、二氯异氰尿素钠（DCIC）。氯胺T：又称对甲苯磺酸钠。白色结晶粉末，活性氯含量在23-28%。3，4，4，-三氯均二苯脲（TCC）。2有机杀生剂（4）其它二硫氰基甲烷（二硫氰酸甲酯）二甲基二硫代氨基甲酸异噻唑啉酮类十缓蚀剂与钝化剂在清洗过程中避免金属类物质锈蚀。1缓蚀剂缓蚀剂是减轻金属腐蚀的添加剂，是具有抑制金属生锈腐蚀的化学药品的总称。金属酸洗常用的缓蚀剂（1）乌洛托品（2）醛-胺缩聚物（3）硫脲及其衍生物（4）吡啶及其衍生物（5）化工下脚料加工的缓蚀剂2钝化剂经过清洗的金属化学性质非常活泼，很容易再生锈，因此，需要对其进行钝化处理。常用的钝化剂有：联胺、亚硝酸钠、氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、六偏磷酸钠等。作业