Реставрация и консервация древесины памятников истории и культуры с использованием кремнийорганических соединений

• Автор: Никитин, Михаил Капитонович
• Шифр специальности: 05.21.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 48 с.; 20х15 см

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Сохранение культурного наследия все более осознается как одна из важных проблем, стоящих перед обществом. Памятники прошлого, комплекс музеев с их экспонатами призваны противостоять тенденциям дегуманизации, которая является одним из следствий ускоренного индустриального развития.
Понятие "памятники истории и культуры" включает широкий круг объектов - от исторических зданий и сооружений до предметов, характеризующих быт, искусство и ремесла народов, естественно-научные коллекции, книжные и рукописные собрания и т.д. Для проведения научно обоснованного выбора и создания материалов для реставрационных работ (консервантов, защитных и модифицирующих составов) необходимо исследовать физико-механические и физико-химические характеристики материалов реставрируемого объекта, представлять возможности глубинной пропитки частично разрушенной древесины и иметь методику прогнозирования свойств и долговечности образовавшегося композиционного материала.
Особое место в ряду полимерных материалов для реставрации занимают кремнийорганические соединения (КОС), способные придать водозащищенность, повысить механические характеристики реставрируемого материала; КОС имеют абиотические свойства при практически полном отсутствии вредного влияния на человека. В отечественной практике используется ограниченный круг кремни йорганических соединений.
Отсутствуют исследования и практические . работы по применению
модифицирующих составов из смесей карбоцепный полимер
кремнийорганическое соединение. Недостаточны наши знания о взаимодействии кремнийорганических соединений с частично разрушенной древесиной памятника (о капиллярных, сорбционных процессах, изменении физико-механических свойств образующихся при пропитке композиционных материалов, в частности, увеличении их долговечности, тепло
светостойкости, водо-, био- и огнезащищенности). Учитывая специфические требования в реставрации, необходимо знать изменение растворимости КОС и их композиций с синтетическими полимерами после определенного времени ; Эксплуатации ( в процессе старения ).
Изучение комплекса этих вопросов для практики реставрации и > ифервации весьма актуально.
! Целью работы является создание научных основ реставрации и |ррвации древесины с применением кремнийорганических соединений и гериалов на их основе в реставрации памятников деревянного зодчества и . /зейных экспонатов на деревянной основе.
Для достижения этой цели предусматривается;
” > - разработать представления о частично разрушенных материалах и сложения по решению задач прогнозирования свойств и долговечности
материалов после их консервации КОС и составами на их основе;

- изучить кинетику пропитки и сорбции КОС древесины (в том числе частично разрушенной) и свойства образующихся композитов;
- изучить поведение кремнийорганических соединений и их смесей с карбоцепными полимерами в растворах, условия образования и устойчивости водно-органических растворов КОС;
- создать математическую модель глубинной пропитки строительных материалов и способ вычисления глубины пропитки по ограниченным экспериментальным данным;
- на основе представлений о совместимости и долговечности смесей КОС с синтетическими полимерами разработать и испытать новые реставрационные и защитные материалы;
- получить подтверждение эффективности разработанных материалов и технологий их применения при натурных испытаниях и на конкретных объектах реставрации.
Научная новизна. Комплекс проведенных исследований позволил экспериментально установить и теоретически обосновать новые научные положения и решения проблемы реставрации и повышения долговечности частично разрушенной древесины памятников и экспонатов с использованием кремнийорганических соединений и составов на их основе.
В работе впервые:
- сформулировано понятие "частично разрушенный материал" и предложены критерии оценки;
- выработан системный подход к выбору полимерных материалов для реставрационных работ;
- показано протекторное действие КОС на синтетические полимеры и композиции с древесиной;
• показана возможность существования водно-органических растворов КОС, определены условия их образования и устойчивости;
- показано, что пропитка капиллярно-пористых материалов растворами полимерных материалов с КОС протекает в условиях, когда КОС выступает как ПАВ.
Практическая ценность. В результате выполненных исследований развито новое направление в материаловедении реставрационных материалов: обоснованы необходимость и границы применения
кремнийорганических соединений для широкого круга реставрационных работ на памятниках истории, культуры и музейных экспонатах. Формализованное описание древесины как материала позволило предложить алгоритм прогнозирования выбора модифицирующих составов и свойств образующейся модифицированной древесины, предложены и реализованы методы расчета глубины пропитки различных материалов. На основе выявленных закономерностей образования и границ существования водноорганических растворов полиорганосшюксановых олигомеров разработана технология гидрофобно-укрепляющей глубинной пропитки водонасыщенной древесины и других строительных материалов.

экологичность работы с ними. Композиции - расплавы, содержащие кремнийорганические компоненты, - имеют высокую водостойкость. Композиции, содержащие тимол, катамин АБ, трихлорэтилфосфат, являются фунгицидами или фунгистатиками, а в случае ТХЭФ - антипиренами. В разработанных нами композициях в качестве полимерной основы использованы полибутилметакрилат низковязкий, пояивинилбутираль, полиамиды и некоторые другие вещества; в качестве пластификаторов и регуляторов температуры плавления - воск пчелиный, озокерит, церезин, стеарин, парафин, олигомеры кремнийорганических соединений (например, полиметилфенилсилоксаны с молекулярной массой 1250-4000), рацинолевая, адипиновая и олеиновые кислоты, другие пластификаторы. В качестве смоляных компонентов использовали канифоль, даммару, мастике, шеллак, а также синтетические смолы - пара-толуол-сульфамид, пара-толуол-сульфамидформальдегидную смолу, нефте-полимерную смолу и др. Специальные свойства (негорючесть, биоцидность) достигались введением в композицию трихлорзтилфосфата, трибутилоксидоловоакрилата,
трикрезилфосфата, четвертичных аммонийных оснований (например, катамина АБ ), тимола, канифолята цинка.
Выбор композиций определялся совместимостью бинарных и тройных систем в расплаве и конденсированном состоянии; оптимум концентрации -путем многоаспектного поиска методом математического планирования. Подобные композиции при 90°С имеют: показатель текучести расплава - от 15,0 до 35,0 г/10 мин; время схватывания 6-8 с; они образуют соединения с прочностью склеивания на сдвиг от 2,5 до 7,0 МПа, причем эта величина после испытаний на водостойкость снижается на 10-15%.
Наиболее перспективны для реставрационных работ композиции-расплавы на основе пол и бутил м етакр ил ата низковязкого (ПБМА НВ). Этот полимер в расплаве образует гомогенные системы с кремнийорганическими олигомерами (КОС К-9), рицинолевой кислотой, канифолью, восками -пчелиным и полиэтиленовым окисленным (ПВО-200), трихлорэтилфосфатом, трибутилоловоакрилатом, четвертичными аммонийными основаниями (катамином АБ), тимолом. Композиции, содержащие трихлорэтилфосфат или трикрезилфосфат, не поддерживают горение, а введенные в древесину в количествах 10% и более обеспечивают ее трудногорючесть (потеря массы при стандартных испытаниях 7-8%). Подобные композиции имеют рабочие температуры 60-80 °С, хороший показатель текучести при 80°С - от 12,1 до
24,2 г/10 мин , время схватывания 4,0-7,5 с; прочность скалывания на сдвиг около 4 МПа, причем эта величина после испытаний на водостойкость снижается до 2,4-ЗД МПа. Условное название КПР - ОБЗ.
Композиции-расплавы при радиационном нагреве хорошо проникают в древесину - глубина пропитки за 1 час поперек волокон в заболони сосны достигает 5-8 мм. Это позволяет использовать такие композиции для консолидации частично разрушенных материалов, особенно древесины. С этой целью на предварительно нагретый до 90 - 100 °С участок деревянного