正文 第四篇 玻璃、陶瓷的劣變理論(一)(2 / 3)

第二節玻璃藏品的風化理論

矽酸鹽玻璃藏品,在通常情況下都能表現出很好抗風化能力,正因為如此,才使它具有廣泛的用途。我國考古人員發現,某些在地下埋藏了幾千年的玻璃,其表麵至今仍完好無損。但也不都這樣讓人放心,在歐洲的考古研究中心就發現,中世紀的某些玻璃製品已遭受了較為嚴重的風化破壞。由此可見,玻璃的確存在需要人們認識和了解的風化問題。因此目前世界上已有數以千計的學者,正在通過對玻璃化學穩定性的研究,而探討其風化機理。

曾將這一研究分為四個階段;第一階段搜集有關玻璃化學穩定性的資料,描述玻璃特性及其差別,以便得到化學穩定性好的玻璃;第二階段主要研究玻璃的穩定性與其主要參數之間的關係;第三階段的工作主要是用物理數學方式處理解釋玻璃的化學穩定性;第四個階段,即目前的研究是設法闡明侵蝕層的網絡結構特點及作用,闡明進入這一層中水的狀態,即水是以分子狀態還是以基團狀態存在於玻璃網絡中。

在討論玻璃風化問題時,涉及到玻璃的化學穩定性及化學侵蝕的內容。所謂化學穩定性,是習慣用來表示玻璃抗水溶液和大氣介質侵蝕的能力。它並不存在絕對和明確的穩定性量度指標。

化學侵蝕詞根據華爾德的觀點,它是指玻璃表麵被溶解,產生新表麵的過程,而將金屬離子浸出的過程稱為浸濾。但通常所說的侵蝕,則是指在水、酸、堿的參與下,玻璃表麵上產生的物理化學變化。

玻璃風化的定義,已由王承過、陶洪給出玻璃和大氣的作用稱為風化。這一定義采用了最簡單的表達方式,卻涵蓋了豐富的內容。它告訴我們,大氣中一切直接參與玻璃侵蝕過程,或間接影響侵蝕過程的作用,都應當包含在風化定義的範圍內。

玻璃風化後,在表麵出現霧狀薄膜,或者點狀、細線狀模糊物,有時出現彩虹。風化嚴重時,玻璃表麵出現白霜,因而失去透明,甚至產生平板玻璃粘片現象,故國內也有把玻璃風化稱為發黴或黴變的。

一、大氣汙染因素對玻璃風化過程的綜合影響

大氣汙染因素對玻璃風化過程的影響,主要表現為以下三種形式:

1.侵蝕物質的組成受大氣汙染因素的影響

參與風化作用的酸性氣體等來自大氣汙染源,這些氣體的顆粒相(液相及固相物質)也來自大氣汙染源。在大氣汙染嚴重的環境裏,上述各種侵蝕物質隨處可見。

2.侵蝕物質的濃度變化受大氣汙染程度的影響

侵蝕物質在大氣中的濃度,對玻璃的風化可產生重要影響。侵蝕物質的濃度隨大氣汙染程度的增大而增加。例如,我國北方的一些地區,冬季大氣中的濃度高於其他季節,這是由於冬季燃煤取暖,排放量增大的緣故。通常市區的濃度高於郊區,這裏由於市區汙染源多的緣故。

3.侵蝕物質的轉化過程受大氣汙染程度的影響

該反應表明,某些大氣汙染成分,對802的轉化過程可產生一定影響,從而有可能影響到玻璃的化學風化過程。

通過上述內容的分析,可以看出,大氣汙染因素對玻璃風化過程可能造成的影響是多方麵的,綜合性的。孫玉珍等對玻璃試樣在溫度、濕度及大氣汙染程度不同的地區即北京、成都、廣州)進行為期一年的暴露實驗表明,較少的矽酸鹽玻璃及某些硼酸鹽玻璃所產生的霧濁量隨濕度及大氣汙染程度的升高而劇烈地增加。

二、沾汙作用對玻璃風化過程的影響

沾汙作用對玻璃風化過程的影響,可能會通過以下四種方式進行:

1.通過玻璃表麵對大氣中各種氣相、液相及固相物質的吸附、粘附,而使侵蝕物質的濃度在玻璃表麵相對地集中,並形成一個複雜的反應轉化體係。

2.粘附於玻璃表麵的塵粒,比玻璃表麵具有更大的吸附能力,因此它可以從空氣中吸附更多的水分,等侵蝕性物質,使之彙集於玻璃表麵。

3.固相塵粒是物料的離散單元,有巨大的比表麵積和巨大的表麵自由能,為降低表麵能,便吸附空氣中的酸、堿、鹽、氧化物、遊離基、有機物、碳、及水分等。被吸附的羥基遊離基),可在常溫下順利完成80向氏304的轉化過程,反應機理為:

4.塵粒可協助微生物參與風化過程。微生物對玻璃表麵的風化侵蝕與塵粒的存在關係密切。塵粒作為微生物遷徙、擴散,沉積的載體而參與微生物風化過程的初始階段。塵粒表麵構成的微環境,具有較高的營養水平,這對微生物風化作用具有重要的生態學意義。再加上玻璃表麵的濕潤條件,可使粘附到玻璃表麵的微生物及時得到生長、代謝、繁殖所需要條件(特別是水分條件並使之迅速達到一定的群體水平,而造成危害。

人們在研究大理石表麵的風化侵蝕規律時發現二氧化硫不會侵蝕光滑的大理石表麵,但在大理石表麵上存在固體或液體粒子時,二氧化硫將使大理石很快破壞。王明星1991)這充分說明由沾汙作用引起的液相或固相塵粒在物體表麵的沉積和粘附,是誘發侵蝕作用的重要條件。玻璃表麵的風化過程也很可能與沾汙作用有關。

三、酸雨和沾汙對玻璃造成的危害在歐洲,鑲有中世紀古老的彩色玻璃的教堂超過10萬棟。在第二次世界大戰中,這些玻璃被卸下後疏散開,多數安然無恙。但是,到了戰後,彩色玻璃失去了光澤,有關其褪色的報道在歐洲各地相繼出現。1984年,聯合國歐洲經濟委員會發表了這樣的內容,歐洲大陸中世紀的彩色玻璃正在遭受酸雨的毀滅性破壞。20世紀50年代以後加速惡化。由於未能采取根本性的對策,在二三十年間它們很可能會全部失去光澤。

德國奧古布爾庫大教堂的殉教者之窗建造於1130年,是屈指可數的最古老的彩色玻璃之一。

四、人們對玻璃表麵沾汙問埋的關注

玻璃表麵具有光滑、平整、剔透的特點,這很容易使人感到它似乎有一種潔身自愛的品格。實際上滿不是那麼回事,它很容易吸附大氣中的其他成分,使之參與表麵的物理化學反應,正因為如此,玻璃表麵的清潔問題,即沾汙問題,才倍受人們關注。土橋正二等人對玻璃表麵的清潔問題有過深入地研究。美國的有關玻璃的美國材料與試驗學會)的部所設的分委員會,就是一個專門負責玻璃表麵的化學性質及清潔表麵這類問題研究的機構。