井冈山大学：“井冈山红色标语文物的化学检测、修复与保护”综合虚拟仿真实验-服务案例-高校虚拟教学仿真软件

公司与井冈山大学合作，开发《“井冈山红色标语文物的化学检测、修复与保护”综合虚拟仿真实验》课程。

实验目的

井冈山是红色资源的宝库，其不可再生性以及人文活动带来的不同程度的破坏，使其表现出强烈的脆弱性，甚至出现消失的现象。因此，迫切需要研发、集成和优化对红色资源的抢救性化学保护技术，提高其抗损强度和抗腐蚀能力，这对于延长红色资源的使用寿命，挖掘红色资源的思想内涵，彰显红色资源的文化品位都具有重要的意义。另外，由于研究对象的珍贵价值、稀有性、特殊性及不可再生性，构建“井冈山红色标语文物的化学检测、修复与保护”综合虚拟仿真实验项目更加凸显其价值！

该项目属国内首创，通过对井冈山红色标语文物的化学检测、修复与保护这一研究型综合虚拟仿真实验项目，既让学生学习到有关研究方法与过程，同时也受到革命传统教育，结合化学课程特点，打造化学课程思政教育，浸润于无声。

具体实验目的包括：

（1）介绍化学知识在文物保护领域的应用，增强对化学理论与实验的理解和兴趣；

（2）掌握对标语类文物的检测手段，并对其检测结果进行分析；

（3）掌握标语类文物的化学修复和保护方法，设计修复剂与保护剂的成分与制备方法。

实验原理

（1）项目意义与独特价值

井冈山大学化学化工学院，在国家科技支撑计划项目（井冈山专项-井冈山区域物质性红色资源抢救性保护技术集成研究与示范）的支持下，多年来一直主持参与对井冈山红色资源的研究与保护项目，为保护井冈山这座红色资源保护做出自己的贡献。该项目需要使用尖端精密分析检测仪器，对现有的红色标语资源进行化学组成、分子结构、存在形态、退色、降解、消失演变过程及机理等各方面从分子、原子层面上进行深入、精细的分析检测，并结合分析检测结果，在深入对比考察各种化学保护方式方法的原理、技术基础上，并综合考虑经济、环保、持久等个方面的因素，选择采取最合理的化学方法对红色标语进行修复与保护。

（2）红色标语保护的现状

经过充分调研发现，红色标语的破损原因主要包括以下六个方面：

1.标语被风侵雨蚀和光致氧化而被损；

2.标语受村民生活起居而破损；

3.景区公物被游客刻划、涂污；

4.标语受归属权混乱而破坏；

5.载体被拆除；

6.未对载体进行保护。

据调查，目前对红色标语的主要采取的保护措施主要有：

1.原址保护：原址保护是指在原建筑墙体上对存附的标语进行保护。目前井网山区域红军标语的原址保护主要包括有机玻璃加框保护和揭取修复后原位回帖保护两种情况。

2.异地保护：异地保护是指采用先进技术，将原本存附于老旧建筑上的价值较高的标语揭取下来，并迁移到博物馆或其他具备量好保护条件的场所内，在室内控温控湿的条件下进行保护与展示。

3.自然未保护状态。

（3）井冈山区域红色标语褪色机理与保护研究

植物质颜料常用的有藤黄、胭脂、洋红、曙红、桃红珠、柠檬黄、紫罗兰、玫瑰、花青等。一般影响颜料稳定性的主要环境因素是光辐射、高湿度、空气污染物中的酸性气体。染料的褪色大多与光褪色有关系，分为结构互变和降解两种变化，反应机理包括光氧化反应和光还原反应。

红军标语在经历了长期的自然侵蚀后逐褪色脱落，褪色脱落的原因主要是物理因素所致，包括自然的风吹日晒、建筑物主体老化损毁、壁粉脱落、污染物覆盖、墙体坍塌等，特别是雨水不断冲刷墙体表面，造成了标语的基体成分随着雨水扩散稀释，从而使标语逐渐褪色变淡。

为了寻找标语保护的合适材料，对标语载体及其颜料进行了理化分析。样品包括：标语的墨迹，表面的石灰层。测定内容包括：红外光谱：通过红外谱图可以知道SO₄^2-和CO₃^2-的存在。而指纹区内没有有机物的特征频率峰，表明没有使用有机物的痕迹。

扫描电镜X-射线能谱分析：C，O，S，Ca等元素的含量相对较高，与红外谱图中显示出的CO₃^2-和SO₄^2-结合起来，不难得出结论：两个样品的主要成分均是CaSO₄和CaCO₃。能谱中还显示了一定量的Al和Si的存在，这两种元素是土壤中硅酸盐类的重要组成元素，这是墙体中的黄土层的反映。另外，在GP-2样本中，Mg的含量较高，表明了白云石的存在，其化学式为：CaCO₃，MgCO₃。

扫描电镜分析（SEM）：从上图中可以看出明显的植物纤维的痕迹，说明了标语所用的炭黑是从燃烧松木或桐木的黑烟中取得的轻质粉状固体。从SEM图片上看，难以定论墨汁用胶的种类，但是从现场观察来看，墨迹极易脱落，这表明墨汁很可能是树胶墨汁。这种墨汁耐水性较差。此外，从图中可以看出，炭黑颗粒较大。一般碳黑的颗粒越细越好，越细则颜色越好，制成的墨汁光洁度好，稳定性高，亲合力强，不易沉淀。

石灰层里面的主要成分是碳酸钙和硫酸钙，这是石灰层里面主要及常见的物质。对标语墨迹的分析表明了墨汁的耐水性较差，分布不够均匀，从而使其在长期的风吹日晒中容易脱落。

为了寻求合适于南方温润气候条件下的室外标语的有效保护。首先我们对可以用于土遗址保护的各种材料进行了文献调研。根据前人的经验，非水分散体材料在土体加固中具有好的效果，渗透能力强，加固后强度提高，孔隙率改变小，效果良好。采用非水分散体材料与泥土混合，还可以做修补填充材料。非水分散体材料经过检验，对表面的石灰也具有好的加固效果。

以黑色标语为例，根据对标语的检测和分析，一般黑色标语使用锅底灰为主要颜料，修复剂需要具备颜色稳定，书写均匀流畅，耐光照辐射性强，防水防潮性好，与标语载体结合度高等特性。

经多次试验，确定修复剂主要材料有锅底灰、熟桐油、水性聚丙烯酸，消石灰。

（4）探索和优化标语保护剂制备工艺

聚丙烯酸酯是一种粘接性强、成膜性高的高分子材料，具有良好的耐油性、耐氧化性和耐候性，对极性和非极性表面均具有很强的附着力，且原料来源丰富、生产易于实施，在乳液研究和生产领域占有特殊地位.有机硅材料具有优异的耐高低温性、耐水性，低表面张力和表面能，正好能弥补聚丙烯酸酯的不足。有机硅改性丙烯酸酯乳液（简称硅丙乳液）主要是利用含有不饱和双键的有机硅单体与丙烯酸酯单体进行乳液共聚来制备。利用 Si-O键具有良好的柔韧性，可形成表面能低、表面张力小的链段，使硅丙乳液具有优异的耐水性、耐候性、耐温变性、耐污染性、耐洗刷性，已广泛用于建筑外墙涂料，并逐渐取代溶剂型涂料和高固体分涂料，然而，尚未有将有机硅改性丙烯酸酯乳液用于标语保护的相关报道。

基于此，本研究选用甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯为主单体，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH570）为硅改性剂，采用种子乳液聚合法，制得了稳定的核壳型硅丙乳液：考察乳化剂体系、软硬单体配比、有机硅用量等对“硅丙乳液”性能的影响，以期拓宽有机硅改性丙烯酸酯乳液在红色标语加强保护方面的应用。

实验内容

1、实验场景选择