新型滲透成膜保護材料在植物標本保存上的應用技術研究

李鑫 李玉秀 陳錦峰

摘要 探索有機硅、氟硅類滲透保護材料在干制標本上的應用，通過表面水滴接觸角的變化考察其防護效果。 基于新應用探索，優(yōu)化形成植物干制標本的制作流程，及設計滲透保護材料在標本上的處理方法，進一步形成試驗應用方案。 滲透成膜保護材料在植物標本上應用時，水滴接觸角變化顯著，其在干制標本保護領域有廣泛的應用前景。

關鍵詞 滲透成膜保護材料;水滴接觸角;植物標本保存

中圖分類號 Q94-34+5文獻標識碼 A文章編號 0517-6611（2021）02-0105-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.02.029

開放科學（資源服務）標識碼（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

植物標本是實物經多種物理、化學手段處理，用于展覽、示范、教育、鑒定、考證等各種研究應用的重要工具，是種質資源保存和生物多樣性的一種表現方式，因此保持標本實物原貌、直觀性以及長效性十分重要。上海等南方地區(qū)氣溫偏高、降水偏多，氣候條件不利于標本長期保存，導致標本易受潮、難保存。

昆蟲、植物標本是天然存在的物質，本身存在著許多微孔結構。由于這些微孔產生毛細作用，不同昆蟲植物類型標本有著不同的吸水率，如葉片的吸水率很高。吸水率高的部位會過多地接觸污染源，因而會有各種微生物及各種介質微粒進入這些毛細孔內，長久滯留必然使植物產生污染，造成腐爛、發(fā)霉等問題。

標本制作領域傳統(tǒng)采用石蠟或聚丙烯酸樹脂等方法在標本表面形成致密的阻隔層[1-2]，從而阻隔外部水分、油污、灰塵、細菌、真菌的侵入，但同時也將物體的微孔完全封堵，阻礙了標本本身的透氣性，使得標本內的水分無法排除，在長期保持過程中，內部容易“病變”，雖然以防護為目的，但是時間久了則變成人為破壞[3-4]。

該研究利用有機硅類、氟硅類材料優(yōu)異的疏水、疏油特性，制備出滲透保護劑，考察在干制標本上的應用效果。材料應用原理：在植物表面上建造納米尺寸的幾何形狀互補（如凹凸相同）界面結構。由于納米尺寸低洼表面可使吸附氣體分子穩(wěn)定存在，所以在宏觀表面上相當于由一層穩(wěn)定的氣體薄膜，使水無法與材料的表面直接接觸，從而形成較大的接觸角（基材具有低表面能），將接觸角增加到90°以上，進而防止液體通過昆蟲植物標本外部孔隙滲入到標本內部[5-6]。

基于這樣的原理，植物標本表面呈現超常透氣不透水特性，這時水滴與界面的接觸角趨向最大值。

有機硅、氟硅類防護材料在建筑、文物保護上已得到廣泛的應用，經過處理后的基材具有很好的耐磨性、防污性、防病變、防風化、耐老化等特性，也同時顯示出抗菌、抗霉等特性[7-8]。基于該理論，擬探索該類滲透成膜保護材料在干制昆蟲和植物標本制作保護領域的應用效果。

1 材料與方法

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、甲基含氫硅油、羥基硅油、D40溶劑油、有機堿催化劑二月桂酸丁二錫、硅烷偶聯(lián)劑、納米氧化鈦TiO2、終止劑等。采集植物標本若干（采集橘樹、香樟、刨花楠、綠蘿、法冬、梔子花等闊葉樹及羅漢松葉片10余種）。

1.2 主要儀器 水滴接觸角測量儀（滴液精度0.01 μL、冷光源，型號SL200B）;超級恒溫水浴鍋、傅里葉變換紅外光譜儀器、微型噴筆、滴管、噴壺、鑷子、大頭針、電熱恒溫鼓風干燥箱、植物標本壓制板、吸水紙。

1.3 方法

1.3.1 植物標本的制備。 據采集所獲材料，運用傳統(tǒng)的標本制作方法，對葉片采用平鋪、壓制等處理，制作干制標本[11]。

1.3.2 滲透成膜保護材料制備。

1.3.2.1 有機硅類成膜配方。將一定量的羥基硅油、長鏈烷基三烷氧基硅烷、有機堿催化劑等溶劑混合均勻后，在80～110 ℃溫度下加熱反應2～6 h，冷卻處理后加入終止劑直至中和，制得含活性硅羥基鍵的長鏈烷基改性聚硅氧烷;然后取一定量含活性硅羥基鍵的長鏈烷基改性聚硅氧烷，加入含氫硅油和混合溶劑，再加入納米分散微粉和催化劑混合均勻。

1.3.2.2 氟硅類成膜配方。一定量的烷氧基硅烷混合物、含氟化合物、有機聚硅氧烷、硅烷偶聯(lián)劑、催化劑、溶劑等，制備時先將烷氧基硅烷混合物、含氟化合物、有機聚硅氧烷依次加入到置有溶劑的反應釜中，攪拌后得到混合液，再將硅烷偶聯(lián)劑加入到混合液中，攪拌形成預混合物，最后在預混合物中加入催化劑，攪拌后老化反應即得。

1.3.2.3 調整配方中成膜比例。根據配方實施方案，調整配方中防護成分以及揮發(fā)溶劑的成膜比例。將采購的原料分別制備成氟硅類制備配方 BF-1、BF-2、BF-3，有機硅類配方 BF-4、BF-5、BF-6。對照組為常規(guī)未覆膜處理標本，觀察差異性。

1.3.3 干制標本的滲透成膜材料處理。 葉片標本面積相對較大、平整，易脆不能折疊，采用微型噴筆進行霧化噴涂處理，細密小水滴可保證滲透保護材料的均勻分布滲透[9-11]。

1.3.4 防水性水滴接觸角測定。在檢測接觸角時分別取起始接觸角值和滴液停留10 min后的接觸角值（測試對象靜置不動），通過角度數值變化進行判斷分析。 標本基本屬于吸收性基材，通過對有機硅、有機氟兩類有機成膜材料進行一系列改性制備后得到初步的不同配方滲透成膜制劑。在如何驗證效果方面，探索采用水滴接觸角的方法對初步制備的滲透成膜制劑進行測試觀察。

1.3.5 植物葉片測試對象篩選。

植物標本形態(tài)差異很大，葉片種類較多，厚薄特性不一，因此在初期作了植物葉片測試對象的篩選。分別測定三角楓、廣玉蘭（背面）、紅葉李、楓香、香樟、櫻花、懸鈴木、羅漢松等葉片的未處理樣本的接觸角。

1.3.6 特征識別色卡對比。比對48 h后，未覆膜CK和覆膜后的葉片顏色外觀變化、特征紋路等特征。

2 結果與分析

2.1 測試植物標本選擇結果

由圖1可知，根據葉片對水分的吸收能力、成膜材料的抗?jié)B效果，選擇廣玉蘭、三角楓、紅葉李作為測試樣本。

由圖2可知，廣玉蘭（背面）的起始接觸角最大，主要是表面的絨毛結構將水滴頂起造成，10 min后接觸角的下降幅度也最大，葉片背面的吸水率很高;其他植物標本如三角楓、紅葉李、懸鈴木等葉片的起始接觸角及10 min后的接觸角數值相近，且數值下降幅度亦較為接近，吸水率近似。香樟的起始接觸角比較高且10 min的下降幅度最小，與其蠟質表面結構有關。

2.2 3種植物標本測試樣本的防水性水滴接觸角測定結果

2.2.1 三角楓葉片標本防水性水滴接觸角測定結果。三角楓標本CK組6個重復以及BF-1～BF-6各6個重復的水滴接觸角測定值見表1，防效展示見圖3～5。

從接觸角數值變化可見，對比CK的下降幅度，BF-1～BF-6這6個配方處理后的三角楓葉表面的接觸角變化率均有明顯下降，產生了較好的防水作用，其中氟硅類BF-1和BF-3的起始接觸角幅度最大，BF-3的10 min角度變化率最低，BF-1僅次于BF-3，6個配方對三角楓葉片標本產生的防潮效果依次為BF-3>BF-1>BF-4>BF-2>BF-5>BF-6>CK。

2.2.2 紅葉李葉片標本防水性水滴接觸角測定結果。

紅葉李標本CK組6個重復以及BF-1～BF-6各6個重復的水滴接觸角測定值如表2，防效展示見圖6～8。

從表2可知，對比CK的下降幅度，BF-1～BF-6這6個配方處理后的紅葉李葉表的接觸角變化率均有明顯下降，產生了較好的防水作用，其中氟硅類BF-1、BF-3的起始接觸角幅度較大，BF-1的10 min角度變化率最低，BF6僅次于BF-1，6個配方對三角楓葉片標本產生的防潮效果依次為BF-1>BF-6>BF-4>BF-2>BF-5>BF-3>CK。

2.2.3 廣玉蘭葉片標本防水性水滴接觸角測定結果。

廣玉蘭標本（葉背）CK組6個重復以及BF-1～BF-6各6個重復的水滴接觸角測定值見表3，防效展示見圖9～11。

從表中接觸角數值變化可見，對比CK的下降幅度，BF-1～BF-6這6個配方處理后的廣玉蘭接觸角變化率均有明顯下降，產生了較好的防水作用，其中BF-4、BF-3的起始接觸角幅度較大，氟硅類BF-3的10 min角度變化率最低，BF-1僅次于BF-3，6個配方對廣玉蘭葉片標本產生的防潮效果依次為BF-3>BF-1>BF-4>BF-2>BF-6>BF-5>CK。

2.3 外觀特征識別色卡對比測定結果

2.3.1 色卡對比數據分析。將供試葉片（三角楓、紅葉李、廣玉蘭）分組進行CK、BF-1～BF-6處理，經48 h靜置滲透吸收，待樣本上的保護材料反應集合成膜后，用比色卡比對顏色并記錄。

比對觀察中，盡可能選擇與標本顏色最相近的色號。根據表4數據可見，樣本處理前后的色差變化較小，均在色卡精度范圍內，比對圖見圖12～13。

2.3.2 特征紋路比對。

通過肉眼觀察和微距鏡頭成像比對葉片表面紋路、花紋等部位，作為滲透型成膜材料對3類標本外觀影響的另一個評價指標。經試驗比對，發(fā)現均未產生顯著影響。

3 結論

該研究中的有機硅、氟硅滲透成膜保護材料的作用機理是通過滲入昆蟲和植物標本結構中，在標本的毛細管結構中形成非極性的保護膜層，以達到提高標本的防潮性能，從而改善標本使用壽命的目的。這種方法處理后對標本保色基本上沒有影響，可以驅除水分，從而達到能夠更長時間防潮的效果，同時不影響展示標本的鑒別特征。

經過以上測試，得出結果：6種配方均產生了疏水效果。總體而言，氟硅類材料對標本的接觸角改善效果以及對標本外觀的影響程度表現明顯優(yōu)于有機硅類，其中BF-1和BF-3表現突出。

隨著研究的進行，后期將針對氟硅類材料配方進行優(yōu)化，以改善標本處理后的效果。隨后基于觀測水滴接觸角的量化手段進行進一步優(yōu)化，引入數據分析方法，觀測植物標

本防潮測試放置一定時間后是否會出現外觀變化及測定相關的指標數據并進行進一步分析。期望這種基于有機硅、氟硅類滲透成膜保護材料能夠進一步優(yōu)化改善干制標本的防潮、防霉性能，使干制標本的制備工藝具有廣泛的應用前景。

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