2結果與討論

2.1結構表征

2.1.1乳液的形貌

使用激光粒度儀測試了硅丙乳液膠束的粒徑，結果如圖1A所示，可知其粒徑分布為單峰，粒徑分布較窄，乳液粒徑顆粒較小，平均粒徑為0.19μm。較窄的粒徑分布有利于提高硅丙乳液的儲存穩(wěn)定性，較小的膠束粒徑可以提高乳液對壁畫地仗層的滲透能力。另外，硅丙乳液外觀透明，表明粒徑較小，有利于乳液成膜，干膜的滲透性較好。圖1B為乳液的TEM形貌。可以看出，乳膠顆粒為核殼結構，但不太明顯，亮的區(qū)域為內核，暗的區(qū)域為外殼，核被殼層包圍，具有“核-殼”結構的硅丙乳液性能優(yōu)異，這主要得益于有機聚硅氧烷在提高膠膜耐候性、耐擦洗性能的同時，降低了膠膜的表面能，使耐沾污性提高。乳膠粒子的形貌接近球形，粒徑小且比較均勻，顆粒無團聚現(xiàn)象，說明乳液有較高的穩(wěn)定性。膠粒的平均粒徑為65 nm，這一結果低于激光粒徑測試結果，這是因為乳液在水中以膠束形式存在；同時，硅丙乳液中有親水性單體，其膠粒表面的親水性基團會與體系中的水形成氫鍵，在膠粒表面形成水化層，使得激光粒度測試得到的粒徑增大。

圖1硅丙乳液的粒徑分布（A）和TEM圖像（B）

2.1.2膠膜的FT-IR分析

圖2為硅丙乳液膠膜（曲線a）和硅丙乳液-硫酸鈉膠膜（曲線b）的FT-IR譜圖。可以看出，膠膜在1680~1620 cm-1范圍內未出現(xiàn)CC的伸縮振動吸收峰，表明體系聚合反應較徹底。2954和2872 cm-1處為―CH3、—CH2的C—H伸縮振動峰，1730 cm-1處為酯類CO的伸縮振動峰，1452 cm-1處為烷烴—CH3的反對稱變形振動峰；1251和1162 cm-1處有C—O—C伸縮振動吸收峰；1070和1031 cm-1處出現(xiàn)了非常明顯的寬峰，這是Si—O—Si的對稱伸縮振動峰。837 cm-1為Si—O—Si的反對稱伸縮振動峰，在波數(shù)760 cm-1處為Si—C特征峰，表明有機硅存在于聚合物鏈中。加入硫酸鈉后，在1166和621 cm-1處出現(xiàn)了SO的伸縮振動峰，而硅丙乳液1176、1070、1031和996 cm-1的特征峰因為硅丙乳液含量低，被SO峰覆蓋，由此說明硫酸鈉和乳液之間只是簡單的摻雜，并未發(fā)生化學反應。

圖2硅丙乳液膠膜（a）和硅丙乳液-硫酸鈉膠膜（b）的紅外光譜

2.1.3膠膜的XRD分析

圖3為硅丙乳液膠膜和硅丙乳液-硫酸鈉膠膜的XRD圖譜。可見，在2θ為10~30（°）范圍內出現(xiàn)1個寬化的彌散峰，且在2θ=19.8（°）處峰形最高，說明硅丙乳液屬于非晶態(tài)（無定形態(tài)）結構；另外，在26.4（°）處出現(xiàn)1個尖銳的峰，說明共聚物中有結晶態(tài)物質存在。由此可以說明，此乳液共聚物既有結晶態(tài)又有非晶態(tài)物質存在。硅丙乳液中加入Na2SO4后，除2θ在19.14和26.4（°）處的峰外，還在31.80、33.92、37.90和52.40（°）處產(chǎn)生了Na2SO4的衍射峰，證明硅丙乳液和Na2SO4之間未發(fā)生化學反應。

圖3硅丙乳液膠膜（a）和硅丙乳液-硫酸鈉膠膜（b）的XRD圖譜

2.1.4膠膜的TG-DTG分析

從圖4可以看出，膠膜失重分為3個階段：在292℃前，失重2.54%，此時失去的是膠膜中的水及小分子物質的揮發(fā)，膠膜并未發(fā)生分解；293~450℃之間為共聚物的熱分解階段，該范圍失重95.30%，且分解速度較快，主要是Si—O、C—C、C—O和C—H鍵的斷裂所致；450~800℃之間失重0.43%，這是共聚物分子鏈的斷裂和分解，分解速度較為緩慢；800℃基本分解完全，僅剩下1.73%的灰分，證明硅丙乳液膠膜具有良好的耐熱性。由DTG曲線可以看出，409℃熱分解速率最大，說明硅丙乳液具有良好的熱穩(wěn)定性，這是因為在共聚物分子中引入了具有較高鍵能的Si—O—Si鍵的結果。

圖4硅丙乳液膠膜的TG-DTG曲線

2.1.5 SEM分析

通過SEM觀測了硅丙乳液和硅丙乳液-硫酸鈉冷凍干燥和室溫干燥后樣品的形貌（圖5）。由圖5A可以看出，冷凍干燥后，硅丙乳液呈現(xiàn)多孔結構，孔壁表面較為光滑；室溫干燥后則表面均一、光滑和平整，成膜性良好（圖5B）；硅丙乳液-硫酸鈉在冷凍干燥后，表面呈現(xiàn)多孔結構，孔壁表面較為粗糙（圖5C），而室溫干燥后，表面有Na2SO4晶體析出，導致表面粗糙（圖5D）。由此可以看出，兩種硅丙乳液在室溫下干燥效果更好。眾所周知，Na2SO4晶體在潮濕空氣中易吸水變?yōu)镹a2SO4·10H2O，體積增大；而Na2SO4·10H2O在干燥的空氣中失去結晶水而轉變?yōu)镹a2SO4粉末狀，體積縮小。由于Na2SO4·10H2O和Na2SO4之間的相互轉化，導致體積發(fā)生變化而產(chǎn)生物理侵蝕，從而損壞壁畫。

圖5硅丙乳液和硅丙乳液-硫酸鈉冷凍干燥（A、C）和室溫干燥（B、D）后的SEM圖