Аренда вилла для свадьбы на кипре вилла на кипре аренда gloriaproperties.eu.
ПРО+Не используйте методические пособия в качестве самоучителя. Вам в помощь представлены эксперты и мастера реставраторы.
 

Физико-химия процессов консервации пористых памятников полимерами. Капиллярное проникновение растворов полиакрилатов в дисперсно

ВОЛКОВА Н.В., ЕМЕЛЬЯНОВ Д.Н., ШЕРОНОВАО.И., КЛЕМЕНТЬЕВА Е.А.

Нижегородский государственный университет имени Н.И.Лобачевского

 

Монументальные памятники культуры и истории (церкви, часовни, монастырские здания, кремлевские стены, скульптуры и тому подобные сооружения) подвержены активному разрушению1. Основной материал таких памятников - камень. Многие из них находятся под открытым небом в зонах резкого перепада температур и влажности. Насыщенные влагой камни, штукатурка, цементные связующие при неоднократных циклах замерзание - оттаивание теряют свою прочность, разрушаются.

Современные методы консервации монументальных сооружений основаны на их пропитке клеящими растворами полимеров2. При этом проходят сложные физико-химические процессы. Эти процессы необходимо учитывать реставраторам при поиске методов и способов реставрации и выборе реставрационных материалов.

При рассмотрении процесса пропитывания пористых тел жидкостями различают скорость и полноту пропитывания3.

Цель настоящей работы заключалась в изучении влияния состава полиметакрилатов, их содержания в растворе на кинетику капиллярного поднятия раствора в пористые твердые тела различной природы. Общим для тел было наличие пространственной структуры. Исследовали кинетику проникновения (поднятия) растворов полиакрилатов в зависимости от размера пор твердого пористого тела.

Объектами исследования служили 1-14% растворы в изопропиловом спирте (ИПС) полимеров, используемых реставраторами: полибутилметакрилата (ПБМА) и сополимера бутилметакрилата, содержащего 5 мас.% метакриловой кислоты (БМК-5). Оба полимера получены в промышленных условиях методом суспензионной полимеризации. Средневязкостная молекулярная масса ПБМА, определенная в изопропиловом спирте при 21,5°С, составила 3,6-105 при значении характеристической вязкости [n]=0,15. Для БМК-5 в этих же условиях [n]=0,10.

Выбранные для исследований твердые тела служили модельными материалами памятников из керамики, терракоты, мела, археологического мрамора, бетона, бумаги. В качестве пористых тел использовали образцы бумаги фильтровальной и газетной (ГОСТ 6445 - 74), прессованного мела в виде цилиндров диаметром 13,5 мм и высотой 80 мм, кускового мела марки МК-2 (ГОСТ 17498 - 72) размером 15x15x80 мм.

Использовали также образцы глины, состав которой приведен ниже. Образцы получали из глиняной пасты формованием брусков размером 10x10x100 мм с последующей сушкой до постоянного веса при 200°С. Химический состав глины, вес.%: SiO2 - 72 - 82; Fe2O3 - 2 - 5; А12О3 - 8 -13; MgO - 1,3 - 2,6; СаО - 1,4 - 2,0; SO3 - 0,2 - 0,6.

Цементно-песчаные образцы (ЦПО) размером 10x10x100 мм получали в виде брусков формованием смеси портландцемента М-400 (ГОСТ 10178-85) и речного песка, просеянного через сито № 05. Содержание песка в цементно-песчаных смесях варьировали от 0 до 90 м.ч. Пропитку пористых тел растворами полимеров и чистыми растворителями проводили при 23°С в закрытых емкостях, погружая с торца подвешенные на проволочке образцы на 1/5 их высоты в пропитывающую жидкость.

Размер пор (средний радиус - г. ) исследуемых тел рассчитывали по уравнению Уошбурна4. Кажущуюся пористость (П) образцов определяли по методике5 и рассчитывали по уравнению П=(Рн-Ро/V) хЮ0,%, где Рн - вес образца, насыщенного низкомолекулярной жидкостью, Ро — вес сухого образца, V — объем образца.

Таблица 1
Средний радиус пор (гср) и кажущаяся пористость (П) исследуемых пористых тел

№ п/п Пористое тело Пропитывающая жидкость гср.,НМ п, %
1 Фильтровальная бумага Вода 1,62 92,0
2 Газетная бумага Вода 0,88 82,4
3 Кусковой мел ИПС 1,26 36,0
4 Прессованный мел ИПС 0,63 14,2
5 Глина слабообожженная ИПС 0,48 -
6 Цемент ИПС 0,14 21,0
7 ЦПО-50* ИПС 0,17 15,5
8 ЦПО-60 ИПС 0,32 14,5
9 ЦПО-80 ИПС 0,34 14,0
10 ЦПО-90 ИПС 1,80 12,5

* — цифра означает содержание (м.ч.) речного песка в ЦПО.

Из данных таблицы 1 и согласно классификации, предложенной в работе6, видно следующее. Образец фильтровальной бумаги и цементно-песчаный образец, содержащий 90 м.ч. песка (ЦПО-90), можно отнести к переходнопористым телам, а все остальные — к микропористым. Кажущаяся пористость образцов зависит от способа получения пористого тела. Так, у прессованного мела кажущаяся пористость значительно меньше, чем у кускового. У цементнопесчаных образцов кажущаяся пористость резко снижается с увеличением доли песка, хотя средний размер пор при этом увеличивается. То есть с увеличением содержания частиц непористого песка в ЦПО общий объем пор в образце резко сокращается.

Широкий диапазон изменения пористости и размера пор исследуемых материалов позволил выявить закономерности влияния этих факторов на кинетику пропитки тел растворами полимеров. Самую высокую скорость поднятия жидкости имеет образец фильтровальной бумаги, которая обладает самым большим из рассматриваемых образцов размером пор. То есть скорость пропитки пористых тел определяется в первую очередь размером капиллярных пор.

С увеличением доли песка в ЦПО, а следовательно и размера пор, скорость поднятия изопропилового спирта в образец возрастает. Вполне закономерно, что скорость пропитки изученных пористых образцов снижается при переходе от растворителя к раствору полимера и с ростом концентрации пропитывающего раствора. Это объясняется в первую очередь повышением вязкости раствора с увеличением содержания в нем полимера.

С ростом концентрации пропитывающего раствора полимера ликвидируется разница в скоростях пропитки образцов с различным размером пор. Так, скорость поднятия высококонцентрированного 14% раствора ПБМА в ЦПО с разным размером пор практически одинакова. Причиной данного обстоятельства является следующее. Известно7, что в высококонцентрированных растворах образуется флуктуационная сетка зацеплений. То есть макроклубки полимера находятся в связанном состоянии. Поэтому такой структурированный раствор проникает лишь в поверхностные поры твердого тела, закупоривая их и препятствуя дальнейшему продвижению раствора по внутренним капиллярам.

Размер пор имеет также определяющее значение при пропитке твердого тела растворами полимеров разного состава. Для тел с мелкими порами (г. < 0,6 нм) независимо от их природы наблюдается капиллярное поднятие растворов ПБМА и БМК-5 с одинаковой скоростью. Для тел с крупными порами, например для ЦПО-90, растворы ПБМА и БМК-5 впитываются с одинаковой скоростью только в течение первого часа. Затем скорость поднятия в поры образца раствора БМК-5 становится выше, чем раствора ПБМА. Установленный факт, очевидно, можно объяснить разным механизмом проникновения полимера в поры образца. По всей вероятности, в мелкие поры образца проникновение полимера осуществляется преимущественно за счет образования адсорбционного слоя на поверхности пор.

Адсорбция полимера на поверхности твердого тела, вероятно, приводит к изменению формы макромолекулярных клубков за счет сегментального расположения цепей вдоль поверхности адсорбента ("сплющивание" клубков). Это позволяет клубкам проникать в мелкие поры. В достаточно крупных порах наряду с адсорбционным проникновением полимера происходит также диффузионное продвижение полимерных макроклубков во всем поровом пространстве. В результате нижерасположенные (поверхностные) поры будут более насыщены полимером, чем поры, находящиеся в глубине образца.

Другими словами, концентрация раствора полимера в поверхностных порах резко возрастает. А так как вязкость раствора полимера ПБМА с ростом концентрации нарастает быстрее, чем у раствора БМК-5, то это в конечном итоге и приводит к выше установленному эффекту, потому что скорость капиллярного поднятия жидкости обратно пропорциональна ее вязкости8.

Таким образом, из вышеизложенного следует, что скорость капиллярного поднятия раствора полимера в поры твердого тела определяется, во-первых, размером пор и, во-вторых, структурированностью пропитывающего раствора. От природы же пористого тела проникновение раствора полимера в его поры мало зависит.

 

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 01-06-80328) и программы "Фордмо-торкомпани ".

ЛИТЕРАТУРА

1. Proceedings of the 8th international congress of deterioration and conservation of stone. Berlin, Germany, 1996. - V. 1,2,3. - P. 1750; Proceedings of the 9lh international congress of deterioration and conservation of stone. Venice, 2000. - V. 1,2. - P. 1590.

2. Емельянов Д.Н., Волкова Н.В. Реставрация монументальных памятников культуры полимерами // Ученые записки ВВО международной славянской академии наук, образования, искусства и культуры. Вып. 5. - Н.Новгород, 1999. - С. 43-47.

3. Воюцкий С.С. Физико-химические основы пропитывания и импрегнирования волокнистых систем водными дисперсиями полимеров. - Л.: Химия, 1969. -336 с.

4. Воюцкий С.С. Физико-химические основы пропитывания и импрегнирования волокнистых систем водными дисперсиями полимеров. - Л.: Химия, 1969. -336 с.

5. Воробьев В.А. Лабораторный практикум по общему курсу строительных материалов. - М.: Высшая школа, 1972.-С. 12.

6. Лещинский М.Ю. Испытание бетона. - М.: Стройиздат, 1980.

7. Тагер А.А. Физикохимия полимеров. - М.: Химия,1978.-544 с.

8. Лыков А.В. Явления переноса в капиллярно-пористых телах. - М.: Госиздат технико-теоретической литературы, 1954.-296 с.

Первоисточник: 
Вестник Реставрация музейных ценностей №8 2-2002 1-2003
 
 
 
 
Ошибка в тексте? Выдели ее мышкой и нажми   Ctrl  +   Enter  .

Стоит ли самостоятельно реставрировать непрофессионалу? (2018)


  1. Технические операции требуют профессиональных навыков.

  2. Представить ход работы - это одно, а сделать - совсем другое.

  3. Не каждому памятнику пригодны стандартные методики реставрации и хранения.

  4. Некоторые методики устарели из-за выявленных деструктивных последствий.

  5. Неверно подобранные материалы сразу или в будущем нанесут вред памятнику.

  6. Если возвращаете памятнику утраченную красоту, то сохраняете ли его подлинность?

________________

В этих и во многих других вопросах разбирается только квалифицированный специалист!
  • Вам в помощь на сайте представлены эксперты и мастера реставраторы.
  • Спрашивайте, интересуйтесь, задавайте вопросы на нашем форуме.
  • Обучайтесь под непосредственным руководством опытного наставника.

 

Что Вы считаете ГЛАВНЫМ в процессе реставрации? (2018)


Есть ли у вас друзья реставраторы? (2018)


Есть ли у вас друзья реставраторы? (2018)

«Дружба — личные взаимоотношения между людьми, основанные на общности интересов и увлечений, взаимном уважении, взаимопонимании и взаимопомощи». (Дружба—Википедия)

«Знакомство — отношения между людьми, знающими друг друга». (Знакомство—Викисловарь)

ЕЖЕГОДНЫЙ КОНКУРС ЛУЧШИХ РЕСТАВРАЦИОННЫХ ОТЧЕТОВ И ДНЕВНИКОВ
Система Orphus

Если вы обнаружили опечатку или ошибку, отсутствие текста, неработающую ссылку или изображение, пожалуйста, выделите ошибку мышью и нажмите Ctrl+Enter. Сообщение об ошибке будет отправлено администратору сайта.