[发明专利]一种在带锈青铜表面构筑超疏水膜的方法

说明书

本发明涉及一种在带锈青铜表面构筑超疏水膜的方法，主要目标是在不改变文物形貌的基础上，防止青铜器的进一步腐蚀，包括如下步骤：(1)预处理；(2)通过气相缓蚀剂增加青铜表面活性基团；(3)进行硅烷化处理；(4)重复步骤(2)和(3)，获得具有超疏水性能的青铜表面。本发明通过气相层层自组装技术成功在带锈青铜表面构建无色透明超疏水薄膜，制备方法安全，对基体表面无损；采用本发明方法所构建的超疏水表面接触角为152°‑158°，表现出良好的超疏水性能，可实现青铜文物表面的防腐和自清洁；采用本发明方法所制备的超疏水表面具有很高的稳定性和耐久性，在强腐蚀性溶液中浸泡90天后，仍然表现出良好的防腐性能。

技术领域

本发明涉及一种金属表面超疏水处理方法，尤其是在带锈青铜表面构筑超疏水膜的方法。

背景技术

青铜时代是人类利用金属的第一个时代，在考古学上标志着人类文化发展的一个重要阶段。青铜器具有极高的历史价值、艺术价值和科学价值。然而，由于青铜材料本身在潮湿空气中易发生腐蚀，加之古代青铜器经历了数千年的漫长岁月，所处的环境复杂多样，致使这些珍贵的文物遭受了不可逆转的损伤。因此，确立有效地保护方法是馆藏珍贵青铜文物保护方面所面临的需求和共性问题。

近些年来，在金属材料表面构筑超疏水薄膜用以增加金属的抗腐蚀能力得到广泛的关注及研究。超疏水表面具有自清洁、防腐蚀、抗氧化等优点，其构建过程和应用成为金属材料腐蚀与防护方面的研究重点。随着对超疏水表面研究的深入和技术的发展，表面构建技术不断涌现并日益成熟。然而，目前对青铜文物表面超疏水抗腐蚀研究的文献或报道非常罕见。现有的金属表面超疏水膜构建技术通常是先通过化学法或物理法对金属表面进行粗糙处理，然后修饰低表面能物质，由于这些方法会破坏基体表面，因此类似的工艺并不适用于文物表面，“不改变文物原貌”是文物保护方法可以实施的前提和基础；同时，与目前研究相比，青铜器表面复杂的锈层形貌和成分则是构建超疏水表面所面临的重要难题，对于如何在带复杂锈层的青铜表面构建超疏水膜，目前并无相关的资料和文献报道可供参考。

在现有的超疏水表面构建技术的基础上，本课题组进行了多种方法的尝试和改进，在大量的实验基础上，发现通过对带锈青铜材料进行复合缓蚀处理，再在在带锈青铜修饰低表面能物质，可使其表面形成超疏水膜，并保持其原貌不变，给青铜文物的防潮、防污和防腐工开辟了新的思路与途径。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种在带锈青铜表面构筑超疏水薄膜的方法，该方法能够安全无损地在青铜表面制备无色透明的超疏水膜，所构建的超疏水表面能有效阻止青铜表面的进一步腐蚀，具有较高的稳定性。

具体技术方案如下：

一种在带锈青铜表面构筑超疏水膜的方法，包括以下步骤：

(1)采用软毛刷轻轻刷拭带锈青铜表面，然后用干燥后的氮气反复吹洗表面，去除青铜表面的灰尘、颗粒以及有害粉状锈；

(2)将经过步骤(1)预处理的青铜悬挂于气氛箱中，将配置好的复合气相缓蚀剂溶液置于气氛箱底，通过微孔扩散器通入氮气40～120分钟使其气化；在20～30℃下预膜12～72小时，随后通氮气20～60分钟，吹掉表面附着的缓蚀剂和乙醇分子；

所述复合气相缓蚀剂溶液含有如下质量百分比的组分：1.0～10.0％的苯并三氮唑，1.0～5.0％的1-苯基-5-巯基四氮唑，1.0～5.0％的2-巯基苯并恶唑，1.0～5.0％的2-巯基苯并咪唑，总质量百分比不超过20％，余量为溶剂乙醇；

(3)将配置好的氟硅烷溶液置于气氛箱底，通过微孔扩散器通入氮气90～180分钟使其气化；在20～30℃下预膜24～96小时，随后通氮气20～60分钟，吹掉表面附着的氟硅烷和乙醇分子；