用于部分化石化骨骼文物粘接的羟基磷灰石改性 Paraloid B72 复合材料的制备与性能

拯救来自过去的脆弱骨骼

考古发掘常常发现的并非坚固的头骨或象牙，而是触之即碎的脆弱骨骼与象牙。修复者依赖粘合剂将这些碎片固定在一起，然而许多常用产品随时间老化、开裂，且在需要改用更好方法时难以逆转。本文介绍了一种专为脆弱、部分化石化的骨质文物设计的新型粘合剂，目标是让这些文物更牢固、更安全，同时在将来为研究人员和观众保留可逆性。

为何古老骨骼难以修复

部分化石化的骨骼与角质经历了数百或数千年的埋藏。随着时间推移，其原本致密的结构演变为有机物与矿物混合的复杂体，布满孔隙、微裂纹与弱点。出土并暴露于湿度、温度变化和搬动时，这类物件可能剥落、松散或破碎成许多碎片。常见的合成粘合剂虽强，但通常比骨材更为刚性，这种不匹配会在粘接处集中应力，导致脆性断裂。许多聚合物还会黄变、在光与湿度作用下变脆，并且难以在不损伤文物的情况下去除。

借鉴骨本身的成分

研究者着手开发一种更“骨友好”的粘合剂，将一种既有的保护树脂（即 B72）与天然骨骼的主要成分之一——羟基磷灰石结合。为使这两种截然不同的材料混合并相互粘结，他们加入了一种硅烷偶联剂——一种能同时与矿物颗粒和有机树脂键合的小分子，并加入少量增塑剂以降低脆性。通过调整羟基磷灰石与偶联剂的用量，研究团队制备了多种复合配方，并检查其内部结构、流动性、固化行为、粘结强度及抗环境应力能力。

新型粘合剂的性能表现

显微图像显示，纯 B72 形成平滑连续的层，而加入羟基磷灰石后树脂中出现微小孔隙与颗粒。矿物含量过高时，结构过于松散多孔，但当偶联剂用量合适时，颗粒能均匀分散，粘层变得更致密均匀。粘度与流动性测试揭示了关键的权衡：更多矿物会使混合物变稠，限制其渗入微小裂缝的能力；而矿物过少则无法显著提升强度。团队还测量了不同配方的固化速率、与骨材相比水蒸气透过性，以及能否用常用溶剂再次溶解的难易程度。所有配方在数小时内仍可溶解，这对于未来对文物进行再次处理至关重要。

强度、老化与耐热性

以人工老化的猛犸象牙作为替代样品进行的力学测试表明，与纯 B72 相比，加入羟基磷灰石使粘接界面的剪切强度最多提高约 50%。然而，含矿量最高的配方流动性差，形成的固体更为多孔，长期可靠性可能较差。加速老化试验（包括反复湿干循环、盐分暴露与紫外光照）显示另一种平衡：适中矿物含量可改善质量损失、颜色变化与强度下降的抵抗力，而过量则可能引入薄弱点。热试验表明，矿物颗粒还能提高粘合剂在分解前能承受的温度，提示总体稳定性更好。

从实验室走向发掘现场

综合考虑易用性、强度、环境耐久性、与多孔骨材的相容性以及处理可逆性，作者确定了一个最佳折中配方：按质量计含 20% 羟基磷灰石和 5% 偶联剂的粘合剂。该配方粘度适中便于操作，同时仍能渗入细小裂缝，粘结强度优于纯 B72，在湿度、盐分与光照下老化表现更好，并且仍可用常规溶剂去除。在一次中国考古遗址的真实骨骼修复中，该复合材料便于精确对位碎片，形成稳定且视觉上不显眼的粘接。对非专业读者而言，结论是：通过模拟骨骼的矿物成分并细致调整其与已验证树脂的相互作用，修复人员现在可以以更强、更相容且对未来更温和的方式粘接脆弱文物。

引用: Chen, D., Zhang, C., Zhang, L. et al. Preparation and properties of hydroxyapatite modified B72 composites for adhesion of partially-fossilized bone cultural relics. npj Herit. Sci. 14, 168 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02437-3

关键词: 骨骼保护, 考古粘合剂, 羟基磷灰石, 文化遗产修复, Paraloid B72