昆蟲(chóng)標(biāo)本滲透成膜型防護(hù)材料的篩選

李玉秀 王焱 李鑫 林瑩

摘要：針對(duì)昆蟲(chóng)標(biāo)本保存期間受潮問(wèn)題，以鱗翅目、鞘翅目昆蟲(chóng)成蟲(chóng)為試驗(yàn)對(duì)象，開(kāi)展以有機(jī)硅類(lèi)、氟硅類(lèi)為原料制成的不同成分配比的滲透成膜型防護(hù)材料篩選試驗(yàn)，并以水滴接觸角和標(biāo)本外觀變化為指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，氟硅類(lèi)F1配方對(duì)桑天牛標(biāo)本、鱗翅目標(biāo)本產(chǎn)生的防潮效果最好。其次，氟硅類(lèi)F3配方對(duì)鍬甲標(biāo)本的防潮效果最好。氟硅類(lèi)材料F1、F2、F3除了對(duì)桑天牛樣本（浸泡）時(shí)鞘翅部位顏色有輕微加深，對(duì)其他樣本無(wú)明顯影響。與有機(jī)硅類(lèi)材料相比，氟硅類(lèi)材料應(yīng)用在昆蟲(chóng)標(biāo)本上疏水性較好，對(duì)標(biāo)本的水滴接觸角改善效果明顯優(yōu)于有機(jī)硅類(lèi)，且對(duì)標(biāo)本外觀的影響程度也更小，起到了預(yù)計(jì)的防潮效果。研究結(jié)果可為林業(yè)有害生物標(biāo)本的制作與保存提供科學(xué)參考。

關(guān)鍵詞：防護(hù)材料;昆蟲(chóng)標(biāo)本;有機(jī)硅;氟硅;水滴接觸角

中圖分類(lèi)號(hào)： S763.30 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2021）14-0170-05

我國(guó)傳統(tǒng)的昆蟲(chóng)標(biāo)本制作與保存多采用定性干燥，并加上干燥劑、防霉劑等在干燥環(huán)境保存，對(duì)環(huán)境要求嚴(yán)格，需配套控溫控濕設(shè)備，一旦長(zhǎng)期暴露在空氣中，極易受潮、蟲(chóng)蛀或破損，保護(hù)性低。也有浸漬、玻片標(biāo)本、有機(jī)玻璃包埋、塑封、環(huán)氧樹(shù)脂等保存方法[1-4]，但以上方法容易有攜帶不便、標(biāo)本體積大、不能直接觸摸、制作方法復(fù)雜、制作工藝容易導(dǎo)致標(biāo)本變色等問(wèn)題，從而限制這些技術(shù)的進(jìn)一步推廣。在林業(yè)植物保護(hù)行業(yè)中，標(biāo)本長(zhǎng)期保存的環(huán)境指標(biāo)在實(shí)際基層工作中成本過(guò)高、很難達(dá)到，因此讓標(biāo)本在多種常規(guī)復(fù)雜環(huán)境下可以較長(zhǎng)時(shí)間保持原貌是基層迫切需求的。

建筑材料中的石材作為一種礦產(chǎn)資源，在形成過(guò)程中會(huì)留有各種孔隙和裂紋，且通常處于復(fù)雜的戶(hù)外環(huán)境中，使用不當(dāng)或外界水汽、雨水、油污等接觸均會(huì)使石材受潮、病變以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)被破壞，嚴(yán)重影響基材的使用壽命[5]。為解決這些問(wèn)題可運(yùn)用滲透成膜型防護(hù)材料（如有機(jī)硅類(lèi)、氟硅類(lèi)）作防護(hù)處理，使其在不改變基材外觀的前提下，提高吸收性材料的防水、防潮性能，延長(zhǎng)基材的使用壽命[6-7]。

基于以上情況，提高昆蟲(chóng)標(biāo)本自身的保護(hù)性能是一種延長(zhǎng)標(biāo)本壽命比較好的途徑。借鑒建材領(lǐng)域中滲透成膜型防護(hù)材料的應(yīng)用，研究該類(lèi)滲透成膜材料在昆蟲(chóng)標(biāo)本制備上的應(yīng)用效果，從而提高生物標(biāo)本在多種常規(guī)復(fù)雜環(huán)境下的保存性能，實(shí)現(xiàn)標(biāo)本資源的合理利用，是具有深刻意義的，也是未來(lái)標(biāo)本制備領(lǐng)域的必然發(fā)展趨勢(shì)。

1 材料與方法

1.1 材料

該試驗(yàn)于2019年在上海市林業(yè)總站開(kāi)展。供試標(biāo)本：試驗(yàn)所用桑天牛、星天牛、鍬甲、樟青鳳蝶、肖毛翅夜蛾標(biāo)本均采集自上海市嘉定區(qū)、浦東新區(qū)和奉賢區(qū)等地，經(jīng)傳統(tǒng)標(biāo)本制作方法制作獲得。

制備滲透成膜材料所用原料：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(jī)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。

1.2 方法

1.2.1 滲透成膜材料制備方法 氟硅類(lèi)：制備時(shí)先將烷氧基硅烷混合物、含氟硅氧烷及有機(jī)聚硅氧烷依次加入到置有溶劑油的反應(yīng)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(yù)混合物，最后在預(yù)混合物中加入催化劑，攪拌后老化反應(yīng)即得。

有機(jī)硅類(lèi)：將一定量的羥基硅油、長(zhǎng)鏈烷基三烷氧基硅烷、有機(jī)堿催化劑、溶劑油混合均勻后，加熱反應(yīng)2～6 h，冷卻處理后加入終止劑直至中和，制得含活性硅羥基硅油;然后取一定量含活性硅羥基硅油，加入含氫硅油和混合溶劑，再加入納米氧化鈦TiO2和催化劑混合均勻。

根據(jù)上述步驟，按原料的不同質(zhì)量比（表1）分別制備有機(jī)硅類(lèi)、氟硅類(lèi)的滲透成膜核心材料，6種滲透成膜材料標(biāo)號(hào)為：氟硅類(lèi)F1、F2、F3，有機(jī)硅類(lèi)S1、S2、S3。

1.2.2 覆膜處理方法 鱗翅目成蟲(chóng)：鱗翅目成蟲(chóng)的翅膀覆蓋大量鱗片、腹部多絨毛、蟲(chóng)體面積相對(duì)較小、但對(duì)覆膜材料吸收速度快，用噴壺或者噴筆噴涂易造成絨毛受力壓塌、鱗片吹散等問(wèn)題，因此采用滴管滴定的方式進(jìn)行處理。

鞘翅目成蟲(chóng)：鞘翅目成蟲(chóng)鞘翅相對(duì)堅(jiān)硬、蟲(chóng)體結(jié)構(gòu)層次多，針對(duì)這些特點(diǎn)，筆者所在課題組對(duì)其采用浸泡方式進(jìn)行覆膜處理，可使成膜材料充分覆蓋滲透蟲(chóng)體形成保護(hù)膜。

1.2.3 接觸角測(cè)定 采用水滴接觸角測(cè)量?jī)x（滴液精度0.01 μL、冷光源，型號(hào)SL200B）分別對(duì)F1、F2、F3、S1、S2、S3 6種配方覆膜處理后的標(biāo)本進(jìn)行測(cè)定，以未覆膜的標(biāo)本作為對(duì)照（CK）。在檢測(cè)接觸角時(shí)取其起始接觸角值和滴液停留10 min后的接觸角值（測(cè)試對(duì)象靜置不動(dòng)），通過(guò)角度數(shù)值變化進(jìn)行判斷分析。

接觸角測(cè)量?jī)x要求被測(cè)物水平放置，鞘翅目昆蟲(chóng)以其鞘翅作為接觸角測(cè)定點(diǎn);鱗翅目昆蟲(chóng)蟲(chóng)體鱗片過(guò)于密集及疏水，導(dǎo)致接觸角數(shù)值差異很小，作為驗(yàn)證指標(biāo)的效果甚微，為確保測(cè)定值的科學(xué)可靠性增加了鱗翅目腹部（內(nèi)部）的接觸角測(cè)定點(diǎn)，即鱗翅目昆蟲(chóng)以其翅膀和腹部作為接觸角測(cè)定點(diǎn)。

1.2.4 外觀對(duì)比 色卡比對(duì)：將供試鞘翅目（桑天牛、星天牛、鍬甲）和鱗翅目（樟青鳳蝶、肖毛翅夜蛾）標(biāo)本分組進(jìn)行F1、F2、F3、S1、S2、S3 6種配方覆膜處理，經(jīng)48 h靜置滲透吸收，待樣本上的保護(hù)材料反應(yīng)集合成膜后，用RHS Colour Chart比色卡比對(duì)顏色并記錄。以覆膜前的標(biāo)本作為對(duì)照。比對(duì)觀察時(shí)，選擇與標(biāo)本顏色最相近的色號(hào)。

特征紋路比對(duì)：使用Dino-Lite手持式USB數(shù)碼顯微鏡以及SONY相機(jī)等，通過(guò)成像比對(duì)鱗翅目翅膀花紋、鞘翅目鞘翅斑點(diǎn)等在覆膜處理前后的變化。

2 結(jié)果與分析

2.1 水滴接觸角

2.1.1 鞘翅目成蟲(chóng)標(biāo)本水滴接觸角測(cè)定 與CK相比，6個(gè)配方處理后的桑天牛鞘翅的接觸角變化率均有明顯下降（表2），產(chǎn)生了程度不一的疏水作用。其中氟硅類(lèi)F1的起始接觸角最大，F(xiàn)3、F2次之。10 min后，F(xiàn)1接觸角變化率最低，其次是F2。由表2可見(jiàn)，6個(gè)配方對(duì)桑天牛標(biāo)本產(chǎn)生的防潮效果依次為F1>F2>S3>S2>F3>S1>CK。

從表3可見(jiàn)，與CK相比，6個(gè)配方處理后的星天牛鞘翅的接觸角變化率均有明顯下降，產(chǎn)生了程度不一的疏水作用。其中，氟硅類(lèi)F1、F3的起始接觸角最大，且10 min后角度變化率也最低，F(xiàn)1效果略好于F3。6個(gè)配方對(duì)星天牛標(biāo)本產(chǎn)生的防潮效果依次為F1>F3>S1>S2>F2>S3>CK。

由表4可知，與CK的接觸角對(duì)比，6個(gè)配方處理后的鍬甲鞘翅的接觸角變化率均有明顯下降，產(chǎn)生了程度不一的疏水作用。其中，在鞘翅上的測(cè)試值顯示，F(xiàn)1、F3和S2的起始接觸角幅度較大，F(xiàn)3的鍬甲處理10 min后角度變化率最低，其次是F1。表示6個(gè)配方對(duì)鍬甲標(biāo)本產(chǎn)生的防潮效果依次為 F3>F1>S3>F2>S1>S2>CK。

總的來(lái)說(shuō)，配方F1在鞘翅目昆蟲(chóng)標(biāo)本上的試驗(yàn)結(jié)果最佳。

2.1.2 鱗翅目成蟲(chóng)標(biāo)本翅膀水滴接觸角測(cè)定 由表5可知，除S1、F2、S3外，經(jīng)處理后的樟青鳳蝶翅膀的起始接觸角都比CK略微增大，氟硅類(lèi)F3的起始接觸角最大。從處理10 min后的角度變化來(lái)看，變化幅度都不大，這可能是由于鱗翅目翅膀分布鱗片結(jié)構(gòu)，疏水性強(qiáng)，因此水滴在翅膀表面的接觸角較大、角度變化率無(wú)明顯差異。當(dāng)介質(zhì)為無(wú)水乙醇時(shí)，僅用F1和F3處理樣本可測(cè)得接觸角數(shù)值，其余配方處理樣本均在無(wú)水乙醇滴到樣本表面后直接滲透。

由表6可知，肖毛翅夜蛾經(jīng)6個(gè)配方處理后，其翅膀表面的起始接觸角僅F1處理明顯高于CK，F(xiàn)3、S2雖高于CK，但提升幅度小。用無(wú)水乙醇作為介質(zhì)再次進(jìn)行接觸角測(cè)定，可知僅F1和F3處理樣本可測(cè)得接觸角數(shù)值，其余處理樣本均在無(wú)水乙醇滴到表面后直接滲透。

從表5、表6中翅膀的接觸角數(shù)值變化可見(jiàn)，肖毛翅夜蛾與樟青鳳蝶出現(xiàn)了同樣的情況。

2.1.3 鱗翅目成蟲(chóng)標(biāo)本腹部水滴接觸角測(cè)定 由表7可知，樟青鳳蝶腹部經(jīng)6個(gè)配方處理后，與CK相比均產(chǎn)生了一定的疏水作用。其中，氟硅類(lèi)F1的起始接觸角最大，F(xiàn)2和F3大致相等;F1的樟青鳳蝶處理10 min后角度變化率最低，其次是F3和F2。6個(gè)配方對(duì)鱗翅目標(biāo)本產(chǎn)生的防潮效果依次為F1>F3>F2>S1>S2>S3>CK。

通過(guò)肖毛翅夜蛾腹部的接觸角測(cè)定值（表8）可見(jiàn)，對(duì)比CK的下降幅度，6個(gè)配方處理后的肖毛翅夜蛾腹部的接觸角變化率均大幅度下降，產(chǎn)生了一定的疏水作用。氟硅類(lèi)F1、F3的起始接觸角幅度最大，F(xiàn)1的肖毛翅夜蛾處理10 min后角度變化率最低，其次是F3。6個(gè)配方對(duì)鱗翅目標(biāo)本產(chǎn)生的防潮效果依次為F1>F3>F2>S2>S3>S1>CK。

2.2 色卡對(duì)比

經(jīng)過(guò)比對(duì)，樣本處理前后的色差變化較小，均在色卡精度范圍內(nèi)（表9）。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，部分覆膜保護(hù)材料仍能對(duì)樣本產(chǎn)生一定的影響：有機(jī)硅類(lèi)材料S1、S2、S3在處理深色樣本（樟青鳳蝶、桑天牛）后，樣本上出現(xiàn)輕微發(fā)白現(xiàn)象（圖1），分析可能是因?yàn)榛男再|(zhì)不同，有機(jī)硅類(lèi)的成膜原料與基材相溶性較差，同時(shí)快干溶劑揮發(fā)太快導(dǎo)致原料吸收不徹底，殘留在標(biāo)本表面。氟硅類(lèi)材料F1、F2、F3則僅在處理桑天牛樣本（浸泡）時(shí)，樣本的鞘翅部位顏色有輕微加深，對(duì)其他樣本無(wú)明顯影響。

2.3 特征紋路比對(duì)

通過(guò)肉眼觀察和微距鏡頭成像比對(duì)鱗翅目翅膀花紋、鞘翅目鞘翅斑點(diǎn)等部位，發(fā)現(xiàn)6個(gè)配方處理標(biāo)本均未產(chǎn)生顯著影響（圖2、圖3）。

3 結(jié)論與討論

液體在固體材料表面上的接觸角，是衡量該液體對(duì)材料表面潤(rùn)濕性能的重要參數(shù)[8]。若接觸角θ<90°，則固體表面是親水性的，即液體較易潤(rùn)濕固體，其角越小，表示潤(rùn)濕性越好;若θ>90°，則固體表面是疏水性的，即液體不容易潤(rùn)濕固體，容易在表面上移動(dòng)[9]。而基底的潤(rùn)濕性越好，防水防潮能力就越低。本試驗(yàn)以鱗翅目和鞘翅目標(biāo)本為載體，測(cè)試了有機(jī)硅、氟硅類(lèi)2種類(lèi)型滲透成膜材料（各3種配方）覆膜處理后接觸角的變化，得出結(jié)果：有機(jī)硅類(lèi)S3在星天牛、S2在樟青鳳蝶腹部、S2在肖毛翅夜蛾腹部上的表現(xiàn)較弱;且不論對(duì)于鞘翅目還是鱗翅目成蟲(chóng)標(biāo)本，氟硅類(lèi)材料對(duì)標(biāo)本的接觸角改善效果明顯優(yōu)于有機(jī)硅類(lèi)，其中F1效果整體最佳，F(xiàn)3次之。而侯建平的論述也指出幾種類(lèi)型石材表面防護(hù)劑中，從蠟到有機(jī)硅再到氟硅，防護(hù)效果是逐步提高的[10]，本試驗(yàn)結(jié)果與之相似。

對(duì)于昆蟲(chóng)標(biāo)本來(lái)說(shuō)，覆膜處理之后外觀應(yīng)該無(wú)變化或變化較小，因此本試驗(yàn)還以外觀、特征部位的變化評(píng)估了6種配方的效果?？傮w而言，氟硅類(lèi)材料對(duì)標(biāo)本外觀的影響程度也更小，其中F1和F3表現(xiàn)突出，就綜合性能而言F1更加穩(wěn)定。

本試驗(yàn)僅進(jìn)行了防潮試驗(yàn)，但昆蟲(chóng)標(biāo)本的損壞原因多種多樣，如蟲(chóng)蛀，氟硅類(lèi)材料是否能抵御蟲(chóng)蛀等因素還有待探索。且昆蟲(chóng)標(biāo)本的保存是一個(gè)長(zhǎng)期行為，防護(hù)材料的長(zhǎng)效性如何也有待研究，后期將針對(duì)氟硅類(lèi)材料配方進(jìn)行優(yōu)化，增加長(zhǎng)效性等試驗(yàn)，以完善處理標(biāo)本效果。

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