文化遺産修復のための改質ポリシロキサンオリゴマーによる花崗岩の含浸・表面保護

石造記念物を守ることがなぜ重要か

世界中の寺院や断崖の彫刻、石像は、過去の文明の物語を伝えています。中国福建省にある多くの遺産は花崗岩で作られており、頑丈で永続的と考えられがちです。しかし、酸性雨、湿気、汚染が表面を徐々に侵食し、はく離、退色、細部の損失を招きます。本研究は、弱くなった花崗岩の内部から補強しつつ表面を穏やかに保護する新しい処理法を検討し、これらの文化的ランドマークを世代を超えて保存し判読可能に保つことを目指します。

花崗岩遺構が受ける攻撃の実態

福建の花崗岩は高湿度、多雨、頻繁な酸性降下という厳しい環境にさらされています。雨や大気中の汚染物質は時間をかけて石の細孔やひびに浸透します。化学反応で鉱物が溶解し、濡れ・乾燥や凍結融解の繰り返しによる物理的応力で粒子が崩れます。その結果、表面は粉状になり模様がぼやけ、欠片が剥がれ落ちます。保存担当者は、損傷した内部ネットワークに深く到達して緩んだ粒子を再結合させ、水をはじきつつも石が“呼吸”できる、つまり水分が内部に閉じ込められない処理を必要としています。

石材を強化する新しい液体の組成

研究者らは改質ポリシロキサンオリゴマーという一群の材料を、穏やかな溶剤D40と混合して試験しました。ポリシロキサンはシリコンを含む分子で、石の細孔に浸透してから薄くほとんど目に見えないネットワークを形成し、鉱物粒子を結び付け水をはじきます。ポリシロキサン濃度の異なる4種類の混合液を、A（30%）、B（25%）、C（20%）、D（15%）と名付けて調製し、市販の代表的製品S-130と比較しました。福建の採石場から得た花崗岩ブロックは、実際の遺構を模すため酸で人工風化させた後、試験溶液で処理し、硬度や超音波伝播速度、色、光沢、吸水性、顕微鏡観察など多角的な測定で評価しました。

強度と保護効果に関する試験結果

各混合液はそれぞれ異なる特性を示しました。最もポリシロキサン含有量が高いAは深く浸透して強固な内部骨格を構築しました。硬度や超音波伝播速度の試験では、Aが内部の結束を大きく改善し、かつては緩かった風化花崗岩を密でより堅固にしました。顕微鏡観察では、細孔や微小な亀裂が部分的に充填されている一方で、表面に厚い被膜を作らず、石材の自然な外観を保ち蒸気の抜けを妨げない点が重要でした。一方、ポリシロキサン含有量が低く溶剤比が高いDは、細かな空隙に入り込みやすく表面に滑らかに広がりました。Dは優れた撥水性を示し、処理後の石は未処理試料よりも大幅に水の吸収が少なく、S-130を塗布した場合よりもさらに吸水が抑えられました。しかも色変化は小さく、肉眼でほとんど気づかれない程度に抑えられていました。

加速劣化試験での耐候性

短時間で数十年分の屋外暴露を模擬するため、処理した石と未処理の石を強烈な「人工老化」サイクルにさらしました。紫外線、高温多湿、酸・アルカリ浴、塩析出の繰り返し、凍結融解などが含まれます。未処理の花崗岩と市販製品は、これらの試験でひび割れ、表面の粗化、鉱物粒子の喪失を示しました。対照的に、新しいポリシロキサン混合液、特にDは非常に良好に耐えました。表面はより滑らかに保たれ、まだらな鉱物模様は認識可能で、顕微鏡観察でも新しい亀裂や鉱物の喪失が少なかった。硬度、内部の超音波伝播速度、撥水性の指標は処理後の値からわずかに低下したにとどまり、過酷な条件下でも保護ネットワークが維持されたことを示しています。

花崗岩遺産を保存するための実用的処方

これらの結果を総合すると、著者らは実地で使える簡便な二段階戦略を提案しています。まず、Aを数回塗布して弱くなった花崗岩内部を深く補強し、緩んだ内構造をより強く連続した骨格に変えること。これが硬化した後、薄い表面被覆としてDを塗布し、耐久性のある撥水性の皮膜を形成させつつ水蒸気は通し、石の外観変化をほとんど生じさせないことです。実験室試験は、この組み合わせが福建の過酷な気候下にある花崗岩遺構の内部を安定化させ外部を保護する可能性を示唆しています。ただし著者らは、これらは初期段階の知見であり、屋外での安全かつ予測可能な挙動を確認するために重要度の低い遺構での長期試験が必要であると強調しています。そうした試験が成功すれば、本手法は彫刻された花崗岩遺産を長期にわたり鮮明で判読可能、かつ構造的に健全に保つ強力な手段となり得ます。

引用: Liu, Y., Ke, Y., Wang, Y. et al. Consolidation and surface protection of granite using modified polysiloxane oligomers for cultural heritage restoration. Sci Rep 16, 8295 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38623-3

キーワード: 花崗岩の保存, 文化遺産, 石材保護, 撥水コーティング, ポリシロキサン処理