Insight into a Bentonite-Based Hydrogel for the Conservation of Sandstone-Based Cultural Heritage: In Situ Formation, Reinforcement Mechanism, and High-Durability Evaluation

自愈水凝胶 膨润土 材料科学 耐久性 抗压强度 复合材料 肿胀 的 离子键合 化学工程 离子 高分子化学 化学 工程类 有机化学
作者
Chengyu Shi,Chunyu Zhao,Yinghao Chen,Youshen Wu,Junjie Zhang,Gang Chang,Ling He,Aizhao Pan
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (46): 52459-52466 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acsami.2c13122
摘要

Conservation of sandstone-based cultural heritage has attracted a great deal of interest. We propose herein a novel protecting strategy, via in situ fabrication of bentonite-based hydrogels (B-H) inside sandstones, where the bentonite-based hydrogels serve as the underlying cement. To create bentonite-based hydrogels with controllable structure, possessing good mechanical and anti-swelling properties, we have optimized forming time, appearance, and viscosity. The hydrogel precursor penetrated into the pores of the sandstone; the hydrogel would then form within 3-5 h. As found by employing a fluorescent tracer, the precursor remained controllably in place without any apparent change in the sandstone morphology. The bentonite-based hydrogels that formed inside the sandstones presented strong hydrogen bonding, coordination, and ionic bonding, as well as strong mechanical interlocking to the sandstone matrix. As a result, the sandstones possessed enhanced mechanical compressive strength and excellent resistance to acid, salt, and freeze-thaw cycles. Our approach provides for a non-destructive, eco-friendly, easy-to-use, and long-term strategy for cultural preservation, one with excellent protection effects.
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