《Journal of Cultural Heritage》：Evaluation of Polyacrylamide hybridized double networks with Agarose and zinc oxide nanoparticles as a Novel approach for the removal of soot stain from the surface of leather binding
编辑推荐：
•煤烟渍是历史皮革文物上的常见问题，会导致严重损坏。•混合纳米水凝胶薄膜易于在皮革表面涂抹和去除。•混合凝胶以可控方式释放清洁溶液，以防止皮革受损。•混合纳米基体系统可通过添加清洁液体来增强，以针对煤烟渍。•纳米基体确保煤烟从皮革选择性地转移到混合凝胶中。引言博物馆和图书馆中
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煤烟渍是历史皮革文物上的常见问题，会导致严重损坏。
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混合纳米水凝胶薄膜易于在皮革表面涂抹和去除。
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混合凝胶以可控方式释放清洁溶液，以防止皮革受损。
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混合纳米基体系统可通过添加清洁液体来增强，以针对煤烟渍。
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纳米基体确保煤烟从皮革选择性地转移到混合凝胶中。
引言
博物馆和图书馆中藏有大量历史皮革文物，其中一些处于不适宜的状态 [1]。不同的环境因素（物理、化学、生物和人为）影响皮革装订的完整性。它们受外部因素影响，可能改变其物理、化学和机械性能，以及其美学价值 [2]，导致积极的降解并最终完全失去物体 [[3], [4], [5]] 污渍（如污垢、煤烟、盐分、生物污染等）是历史皮革表面最常见的劣化形式之一，导致变色、表面变形和外观改变以及 [[6], [7]] 煤烟是皮革装订上常见的污渍，通常源自户外制造过程。它可以通过各种入口点进入图书馆或档案馆，例如加热和冷却管道、门和窗口。这些颗粒可能具有油腻和研磨性，具有生物活性，并沉积在架子和皮革装订上，可能造成损坏 [[8], [9], [10]]。煤烟是一种粉末状、油腻的残留物，由火灾过程中烃类的气相分解有害地形成，既可能造成即时的美学损坏，也可能造成长期的结构衰退。它由超细颗粒（～2.5 μm）组成，小于大多数颜料（2.5 至 10 μm）。火灾煤烟不仅仅是碳；它还含有铁、镁和铝等金属颗粒 [11]。它可以渗透孔隙并嵌入表面 [[12], [13], [14]]。煤烟粘附在皮革表面，导致变色。皮革有细孔；煤烟分子是疏水的，所以它们寻找油性“避难所”；因为皮革含有天然油脂，煤烟粘附在上面并渗透孔隙 [15]。它也可能造成磨损或为昆虫或真菌提供繁殖地。煤烟颗粒可能携带硫和氮化合物。当这些化合物与皮革中的天然水分或大气湿度混合时，它们形成硫酸和硝酸。这些酸分解皮革中的胶原链，加速老化，导致其在打开书本时失去弹性，容易开裂和撕裂，并变色，从而改变其原始美观和历史完整性 [8,16,17]。在处理受煤烟损坏的文物之前，建议始终联系修复师。处理可能会不可逆地将表面的煤烟污渍深入推入纤维 [18,19]。清洁艺术品是保护领域中一项非常精细且富有挑战性的任务 [20]。机械或干洗方法，如橡皮擦和刷子，可能会损坏表面。同时，有机溶剂处理不环保，并可能改变物体的外观和性能。各种试剂已被用于从艺术品表面清洁煤烟颗粒，包括溶剂、螯合剂和表面活性剂。常用的试剂包括氨、丙醇、白色溶剂、丙酮、三氯乙烯和乙酸乙酯等溶剂；吐温等表面活性剂；以及乙二胺四乙酸（EDTA）等螯合剂 [12]。
为了保护艺术品表面，保留网络对于控制释放和非侵入性地去除不需要的层而不改变文物成分至关重要 [21]。将清洁剂装入水凝胶基质中可有效降低这些物质的蒸发速率。这很重要，因为负载可防止挥发性有机化合物（VOC）排放，这意味着从业者不会接触危险化学品，这与传统的溶剂清洁过程不同 [6]。含有表面活性剂、螯合剂和溶剂的配方液体可以集成到凝胶基质中，通过各种物理化学过程去除不需要的层，例如洗涤、选择性溶胀、层剥离或由表面活性剂 - 溶剂协同相互作用驱动聚合物膜的去润湿 [22]。
本研究考察的新型清洁方法使用混合水凝胶，这是一种由分散在流体中的互连聚合物链组成的软材料，形成三维网络。这些水凝胶减少溶剂使用，最小化挥发性，并通过降低环境毒性增强可持续性 [23]。它们作为将处理溶液应用于表面的载体，延长保留时间，最小化环境影响，并优化清洁性能 [24]。水凝胶对于处理艺术作品至关重要，提供可控清洁、pH 调节、表面加固和物质精准输送而不造成损坏 [25]。混合水凝胶，天然聚合物和合成聚合物的结合，提供独特益处，包括生物降解性和对刚性、粘度和强度的控制 [26,27]。在本研究中，基于丙烯酰胺、琼脂糖和纳米锌的 HDNHs 负载了溶剂、表面活性剂和螯合剂的水溶液，形成刚性凝胶片，便于在皮革表面涂抹和去除。
聚丙烯酰胺（PAm）凝胶是通过丙烯酰胺与交联剂（通常为 N, N'-亚甲基双丙烯酰胺）聚合形成的化学交联凝胶。该反应是自由基聚合，通常由过硫酸铵引发 [25,28,29]。聚丙烯酰胺凝胶具有优异的载水和保水性能，使其适用于在水敏性基材清洁过程中限制和控制水性流体 [30,31]。这些性能通过聚丙烯酰胺（PAm）与自然聚合物交联进一步增强，导致由这些相互作用驱动的独特的聚合物行为 [32,33]。
在天然大分子中，多糖是制备水凝胶的首选，因为它们增强了液体保留并改善了机械性能 [29]。琼脂糖是一种来自海洋藻类的多糖 [34]，由 d-半乳糖和 3,6-脱水 -l-半乳糖重复单元组成 [35]。基于琼脂糖的凝胶是可逆的溶胶 - 凝胶，可以加热以逆转凝胶化。琼脂糖凝胶溶解并保留污垢，允许液体相的控制释放，这对于水敏性基材至关重要 [36]。对琼脂糖结构的化学修饰可以调整粘度、吸收和分散，以用于特定的处理或应用 [37]。纳米粒子掺入聚合物水凝胶中增强了它们的物理化学性能和清洁功效 [38,18]，允许靶向清洁而不影响周围表面。氧化锌纳米颗粒（NPs）提供各种益处，包括易于合成、紫外线屏蔽、与成膜材料的相容性以及成本效益 [39,40]。ZnONPs 表现出强大的抗菌和自清洁性能，有助于防止灰尘积聚 [41]。负载有效溶剂的混合水凝胶可以去除煤烟渍。由于这些性能，它们在水凝胶的发展中发挥着至关重要的作用。此外，掺入 ZnONPs 增加了水凝胶的水吸收能力并修改了其内部架构，创建了一个更坚固的框架，增强了其机械韧性和剥离稳定性。这确保凝胶在涂抹和去除过程中保持完整性，防止任何局部失效或残留 [[41], [42], [43]]。煤烟渍是考古皮革文物上的常见问题，影响其外观。
煤烟渍是考古皮革文物上的常见问题，严重影响其外观和保存。本研究评估了一种使用聚丙烯酰胺 HDNHs 结合琼脂糖和氧化锌纳米颗粒安全去除皮革装订上煤烟的新型方法。清洁系统由一种流体配方组成，应用于经受加速热老化以模拟考古文物的煤烟污渍皮革样本。使用一系列分析技术评估清洁方法的有效性，包括 SEM、AFM、比色测量、机械性能测试、ATR-FTIR 光谱法和接触角测量。该方法确保清洁溶液的可控释放以防止皮革受损，易于使用，无残留，并有助于在不需要特殊条件的情况下保存文化遗产。
章节片段
材料
作者按照 Abdel-Maksoud 等人的方法 [1] 制备了来自山羊皮的新植物鞣皮革样本。皮革被切割成 3 × 6 厘米的标准条。丙烯酰胺（AM, 99%）来源于 Sigma –Aldrich。过硫酸钾（K2S2O8, 99%）和丙烯酸（AAc）购自印度 S D Fine-Chem Limited (SDFCL)。N, N'-亚甲基双丙烯酰胺（MBA, 98%）购自印度 ICSO Research Laboratories Pvt. Ltd.。氢氧化钠（NaOH）来源于
结果与讨论
HDNHs 是在 Am、MBA、AG 和 ZnONPs 固定比例下使用不同方法配制的。IPA、EDTA 和 TW 以不同比例添加，以确定它们对 HDNH 微结构和水亲和力的影响。
结论
开发的配方展示了有利的机械性能，同时有效保留了清洁液体。它们实现了简单的处理和无需冲洗的一步去除。负载清洁剂的 HDNH 系统有效地从皮革表面去除了煤烟沉积物，并确保活性成分的可控释放，从而最小化胶原蛋白损伤的风险。该研究证实了基于 HDNH 的系统作为考古领域先进清洁材料的潜力。
Hadeer Awad|Gomaa Abdel-Maksoud|Ahmed M. Youssef|Mohamed S. Hasanin
