新型渗透成膜保护材料在植物标本保存上的应用技术研究

李鑫 李玉秀 陈锦峰

摘要 探索有机硅、氟硅类渗透保护材料在干制标本上的应用，通过表面水滴接触角的变化考察其防护效果。 基于新应用探索，优化形成植物干制标本的制作流程，及设计渗透保护材料在标本上的处理方法，进一步形成试验应用方案。 渗透成膜保护材料在植物标本上应用时，水滴接触角变化显著，其在干制标本保护领域有广泛的应用前景。

关键词 渗透成膜保护材料;水滴接触角;植物标本保存

中图分类号 Q94-34+5文献标识码 A文章编号 0517-6611（2021）02-0105-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.02.029

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Study on the Application of New Type Permeablefilmprotective Materials in Plant Specimen Preservation

LI Xin1，LI Yuxiu2，CHEN Jinfeng3

（1.BASF （China） Co.，Ltd.，Shanghai 200137;2.Shanghai Forestry Station，Shanghai 200072;3.Shanghai Liangmiao New Material Technology Co.， Ltd.，Shanghai 201210）

Abstract To explore the application of organic silicon and fluorosilicon penetrating protective materials on dry specimens， and investigate their protective effects through changes in the contact angle of water droplets on the surface.Based on applied research，to improve specimens technological process， and design the treatment method of permeablefilmprotective materials on specimens to further build up solution.When the penetration filmforming protective material is applied to plant specimens，the contact angle of water droplets changes significantly， which has broad application prospects in the field of dried specimen protection.

Key words Permeablefilmprotective materials;Water drop contact angle;Plant specimen preservation

植物标本是实物经多种物理、化学手段处理，用于展览、示范、教育、鉴定、考证等各种研究应用的重要工具，是种质资源保存和生物多样性的一种表现方式，因此保持标本实物原貌、直观性以及长效性十分重要。上海等南方地区气温偏高、降水偏多，气候条件不利于标本长期保存，导致标本易受潮、难保存。

昆虫、植物标本是天然存在的物质，本身存在着许多微孔结构。由于这些微孔产生毛细作用，不同昆虫植物类型标本有着不同的吸水率，如叶片的吸水率很高。吸水率高的部位会过多地接触污染源，因而会有各种微生物及各种介质微粒进入这些毛细孔内，长久滞留必然使植物产生污染，造成腐烂、发霉等问题。

标本制作领域传统采用石蜡或聚丙烯酸树脂等方法在标本表面形成致密的阻隔层[1-2]，从而阻隔外部水分、油污、灰尘、细菌、真菌的侵入，但同时也将物体的微孔完全封堵，阻碍了标本本身的透氣性，使得标本内的水分无法排除，在长期保持过程中，内部容易“病变”，虽然以防护为目的，但是时间久了则变成人为破坏[3-4]。

该研究利用有机硅类、氟硅类材料优异的疏水、疏油特性，制备出渗透保护剂，考察在干制标本上的应用效果。材料应用原理：在植物表面上建造纳米尺寸的几何形状互补（如凹凸相同）界面结构。由于纳米尺寸低洼表面可使吸附气体分子稳定存在，所以在宏观表面上相当于由一层稳定的气体薄膜，使水无法与材料的表面直接接触，从而形成较大的接触角（基材具有低表面能），将接触角增加到90°以上，进而防止液体通过昆虫植物标本外部孔隙渗入到标本内部[5-6]。

基于这样的原理，植物标本表面呈现超常透气不透水特性，这时水滴与界面的接触角趋向最大值。

有机硅、氟硅类防护材料在建筑、文物保护上已得到广泛的应用，经过处理后的基材具有很好的耐磨性、防污性、防病变、防风化、耐老化等特性，也同时显示出抗菌、抗霉等特性[7-8]。基于该理论，拟探索该类渗透成膜保护材料在干制昆虫和植物标本制作保护领域的应用效果。

1 材料与方法

1.1 材料 聚三氟丙基甲基硅氧烷、烷氧基硅烷混合物、甲基氟硅油、甲基含氢硅油、羟基硅油、D40溶剂油、有机碱催化剂二月桂酸丁二锡、硅烷偶联剂、纳米氧化钛TiO2、终止剂等。采集植物标本若干（采集橘树、香樟、刨花楠、绿萝、法冬、栀子花等阔叶树及罗汉松叶片10余种）。

1.2 主要仪器 水滴接触角测量仪（滴液精度0.01 μL、冷光源，型号SL200B）;超级恒温水浴锅、傅里叶变换红外光谱仪器、微型喷笔、滴管、喷壶、镊子、大头针、电热恒温鼓风干燥箱、植物标本压制板、吸水纸。

1.3 方法

1.3.1 植物标本的制备。 据采集所获材料，运用传统的标本制作方法，对叶片采用平铺、压制等处理，制作干制标本[11]。

1.3.2 渗透成膜保护材料制备。

1.3.2.1 有机硅类成膜配方。将一定量的羟基硅油、长链烷基三烷氧基硅烷、有机碱催化剂等溶剂混合均匀后，在80～110 ℃温度下加热反应2～6 h，冷却处理后加入终止剂直至中和，制得含活性硅羟基键的长链烷基改性聚硅氧烷;然后取一定量含活性硅羟基键的长鏈烷基改性聚硅氧烷，加入含氢硅油和混合溶剂，再加入纳米分散微粉和催化剂混合均匀。

1.3.2.2 氟硅类成膜配方。一定量的烷氧基硅烷混合物、含氟化合物、有机聚硅氧烷、硅烷偶联剂、催化剂、溶剂等，制备时先将烷氧基硅烷混合物、含氟化合物、有机聚硅氧烷依次加入到置有溶剂的反应釜中，搅拌后得到混合液，再将硅烷偶联剂加入到混合液中，搅拌形成预混合物，最后在预混合物中加入催化剂，搅拌后老化反应即得。

1.3.2.3 调整配方中成膜比例。根据配方实施方案，调整配方中防护成分以及挥发溶剂的成膜比例。将采购的原料分别制备成氟硅类制备配方 BF-1、BF-2、BF-3，有机硅类配方 BF-4、BF-5、BF-6。对照组为常规未覆膜处理标本，观察差异性。

1.3.3 干制标本的渗透成膜材料处理。 叶片标本面积相对较大、平整，易脆不能折叠，采用微型喷笔进行雾化喷涂处理，细密小水滴可保证渗透保护材料的均匀分布渗透[9-11]。

1.3.4 防水性水滴接触角测定。在检测接触角时分别取起始接触角值和滴液停留10 min后的接触角值（测试对象静置不动），通过角度数值变化进行判断分析。 标本基本属于吸收性基材，通过对有机硅、有机氟两类有机成膜材料进行一系列改性制备后得到初步的不同配方渗透成膜制剂。在如何验证效果方面，探索采用水滴接触角的方法对初步制备的渗透成膜制剂进行测试观察。

1.3.5 植物叶片测试对象筛选。

植物标本形态差异很大，叶片种类较多，厚薄特性不一，因此在初期作了植物叶片测试对象的筛选。分别测定三角枫、广玉兰（背面）、红叶李、枫香、香樟、樱花、悬铃木、罗汉松等叶片的未处理样本的接触角。

1.3.6 特征识别色卡对比。比对48 h后，未覆膜CK和覆膜后的叶片颜色外观变化、特征纹路等特征。

2 结果与分析

2.1 测试植物标本选择结果

由图1可知，根据叶片对水分的吸收能力、成膜材料的抗渗效果，选择广玉兰、三角枫、红叶李作为测试样本。

由图2可知，广玉兰（背面）的起始接触角最大，主要是表面的绒毛结构将水滴顶起造成，10 min后接触角的下降幅度也最大，叶片背面的吸水率很高;其他植物标本如三角枫、红叶李、悬铃木等叶片的起始接触角及10 min后的接触角数值相近，且数值下降幅度亦较为接近，吸水率近似。香樟的起始接触角比较高且10 min的下降幅度最小，与其蜡质表面结构有关。

2.2 3种植物标本测试样本的防水性水滴接触角测定结果

2.2.1 三角枫叶片标本防水性水滴接触角测定结果。三角枫标本CK组6个重复以及BF-1～BF-6各6个重复的水滴接触角测定值见表1，防效展示见图3～5。

从接触角数值变化可见，对比CK的下降幅度，BF-1～BF-6这6个配方处理后的三角枫叶表面的接触角变化率均有明显下降，产生了较好的防水作用，其中氟硅类BF-1和BF-3的起始接触角幅度最大，BF-3的10 min角度变化率最低，BF-1仅次于BF-3，6个配方对三角枫叶片标本产生的防潮效果依次为BF-3>BF-1>BF-4>BF-2>BF-5>BF-6>CK。

2.2.2 红叶李叶片标本防水性水滴接触角测定结果。

红叶李标本CK组6个重复以及BF-1～BF-6各6个重复的水滴接触角测定值如表2，防效展示见图6～8。

从表2可知，对比CK的下降幅度，BF-1～BF-6这6个配方处理后的红叶李叶表的接触角变化率均有明显下降，产生了较好的防水作用，其中氟硅类BF-1、BF-3的起始接触角幅度较大，BF-1的10 min角度变化率最低，BF6仅次于BF-1，6个配方对三角枫叶片标本产生的防潮效果依次为BF-1>BF-6>BF-4>BF-2>BF-5>BF-3>CK。

2.2.3 广玉兰叶片标本防水性水滴接触角测定结果。

广玉兰标本（叶背）CK组6个重复以及BF-1～BF-6各6个重复的水滴接触角测定值见表3，防效展示见图9～11。

从表中接触角数值变化可见，对比CK的下降幅度，BF-1～BF-6这6个配方处理后的广玉兰接触角变化率均有明显下降，产生了较好的防水作用，其中BF-4、BF-3的起始接触角幅度较大，氟硅类BF-3的10 min角度变化率最低，BF-1仅次于BF-3，6个配方对广玉兰叶片标本产生的防潮效果依次为BF-3>BF-1>BF-4>BF-2>BF-6>BF-5>CK。

2.3 外观特征识别色卡对比测定结果

2.3.1 色卡对比数据分析。将供试叶片（三角枫、红叶李、广玉兰）分组进行CK、BF-1～BF-6处理，经48 h静置渗透吸收，待样本上的保护材料反应集合成膜后，用比色卡比对颜色并记录。

比对观察中，尽可能选择与标本颜色最相近的色号。根据表4数据可见，样本处理前后的色差变化较小，均在色卡精度范围内，比对图见图12～13。

2.3.2 特征纹路比对。

通过肉眼观察和微距镜头成像比对叶片表面纹路、花纹等部位，作为渗透型成膜材料对3类标本外观影响的另一个评价指标。经试验比对，发现均未产生显著影响。

3 结论

该研究中的有机硅、氟硅渗透成膜保护材料的作用机理是通过渗入昆虫和植物标本结构中，在标本的毛细管结构中形成非极性的保护膜层，以达到提高标本的防潮性能，从而改善标本使用寿命的目的。这种方法处理后对标本保色基本上没有影响，可以驱除水分，从而达到能够更长时间防潮的效果，同时不影响展示标本的鉴别特征。

经过以上测试，得出结果：6种配方均产生了疏水效果。总体而言，氟硅类材料对标本的接触角改善效果以及对标本外观的影响程度表现明显优于有机硅类，其中BF-1和BF-3表现突出。

随着研究的进行，后期将针对氟硅类材料配方进行优化，以改善标本处理后的效果。随后基于观测水滴接触角的量化手段进行进一步优化，引入数据分析方法，观测植物标

本防潮测试放置一定时间后是否会出现外观变化及测定相关的指标数据并进行进一步分析。期望这种基于有机硅、氟硅类渗透成膜保护材料能够进一步优化改善干制标本的防潮、防霉性能，使干制标本的制备工艺具有广泛的应用前景。

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