可逆性加固剂在彩绘陶器覆土清理中的应用

1、西北大学本科毕业论文可逆性加固剂在彩绘陶器覆土清理中的应用99级文物保护技术 张欢 徐盟罡摘要为了解决彩绘陶器表面覆土清理中的颜料脱落问题，我们采用了先加固，后清土的工序，即先用溶液型加固剂对彩绘陶器彩绘层及覆土做整体加固，再利用加固材料的可逆性，用溶剂逐层溶解松土，以配合机械法清理覆土。我们还在此理论基础上，进行了加固剂的筛选试验。结果表明聚乙烯醇缩丁醛在应用中能达到清理覆土而保护彩绘层的目的。关键词可逆性 加固剂 彩绘 清理前言 在中华民族的文明史上，陶器是先民们遗留下来的最宝贵的财富之一。陶器的制作经过长期的发展，不同时期不同地域的器物无论造型、装饰等，都具有各自的特点。彩绘陶器的出现则

2、把陶的装饰工艺推到了一个新的高度1。彩绘陶器不同于新石器时代的彩陶，也不同于彩釉陶，它是在烧制好的陶器上绘制各种色彩的。彩绘陶器表面的色彩大多是用无机颜料，调以适当的易水解的动物或植物胶，绘在烧制好的陶体上，因此不太牢固。 出土彩绘陶器，由于长期埋于地下，受各种环境因素的影响，彩绘颜料中的天然胶结物已经老化而失去作用，彩绘层变的十分脆弱，在覆土清理过程中，易出现彩绘脱落现象，因此有必要对覆土清理过程中彩绘保护的问题进行研究。 目前，国内的文物保护工作者在彩绘陶质文物的保护中大多采用先清理，后加固的工序。具体清理方法有：机械清理、水洗、化学试剂去除等，结果均不理想2。近年来，有更多的文物保护工作

3、者采用机械试剂并用法，即先利用试剂的松土作用松土，然后用竹签剔除表层泥土345，这种方法虽然取得了一些成功，但仍存在着一些难以解决的问题，或者说应用有一定的局限性。对于彩绘层附着较牢固，并且其表面覆土较为松软的陶质文物，这种方法不失为一种方便可行的方法，但是大部分彩绘陶质文物的彩绘层内部胶结物老化严重，其内聚力，附着力已大大降低，并且往往泥土与彩绘层表面粘合牢固，其粘合力大于彩绘层与陶表面的粘合力，在这种情况下清理表面覆土过程中，稍不注意就会造成颜色层掉粉、掉色、甚至脱落，即使小心仔细的清理，也不能完全防止这种问题。为了更好地解决这个问题，我们提出了与以往保护过程不同的工艺，即先对覆土彩绘层进

4、行加固，再进行覆土清理，现将此方法介绍如下：2 工艺原理2.1彩绘损坏的原因2.1.1彩绘制作工艺彩绘陶器表面之色彩一般是用无机颜料，调以适当的易水解的动、植物胶，绘在烧制好的陶器上，因此，一般不太牢固。颜料直接绘在陶体表面，彩绘颜料中颗粒细小涂层较薄的，易于渗入陶体表面空隙，附着较好，但一些颗粒较大，涂层较厚的，或先以白土、胶质作底子后绘彩的，往往成片脱落。2.1.2环境因素彩绘陶器出土前，地下水所携带的可溶盐反复溶解和结晶，以及微生物的滋生繁衍都会使彩绘层受侵蚀，使颜料颗粒间的空隙增大，内聚力减小，结构变的松散，潮湿状态下，泥土具有一定的粘附性，加上填土压力的作用，使彩绘与表层土的附着力可

5、能大于它与陶体本身的粘附力。彩绘陶器出土后，由于环境的骤变，原来的平衡被打破，温度、湿度、光照的急剧变化，以及空气中有害气体的侵蚀，加速了彩绘的损害。另外，彩绘陶器在存放，运输中也难免造成一些人为的损坏。保存环境中，湿度变化较大的影响。当湿度大时，颜料颗粒和胶结物吸水膨胀，当湿度减少时, 颜料颗粒和胶结物失水收缩，由于颜料颗粒收缩力小于胶结物的收缩力，使颜料层在陶体表面的粘接性降低，容易脱落6。综上所述，由于彩绘陶器的材质、制作工艺的特点，以及各种环境因素的影响，便造成出土彩绘陶器彩绘层十分脆弱，易随覆土一起与陶体剥离，造成对彩绘的损坏。因此，我们有必要对彩绘陶器的覆土清理进行探讨。2.2原理

6、解释 鉴于以前研究存在的问题，我们认为机械法清土目前仍是最安全的方法，为了解决机械法中存在的问题，本研究提出先加固，后清土的工艺过程。即先用可逆性的加固剂，对彩绘陶器彩绘层和覆土层进行加固，覆土层不是我们希望加固的，这时，我们利用加固材料的可逆性，溶解覆土层中的加固剂，对土层进行清理。这里我们不但利用溶剂对加固剂的溶解作用，还利用溶剂的松土作用。覆土层加固剂在溶解作用下“逐层”溶解是保证颜料不随泥土脱落的关键，由于加固剂的重新溶解，即可逆过程，在理论上的可能性并不代表实际过程的快慢，而一般情况下，这种再溶解的过程都比较慢，这种缓慢性使我们的“逐层”溶解成为可能。尽管如此，我们仍然对加固剂的再溶

7、解速度进行一定的试验，选择具有合适溶解速度的加固剂。3 加固剂的选择3.1加固剂的要求a.无色透明，不影响彩绘外观。b.渗透性好，至少应渗入彩绘层以下。因为本试验主要是保护陶器的彩绘层。c.具有一定加固强度，达到提高彩绘层内聚力的作用。d.可逆性要求。加固材料固化或成膜后能在溶剂中重新溶解，并要求有一定的溶解速度。3.2备选材料1.聚乙烯醇 西安化玻站化学厂 技术条件 聚合度:1750±50 杂质最高含量(以%计) 水溶解试验：合格 乙酸盐(以CH3COONa计)2.0 灼烧残渣0.5 ph值582.聚乙烯醇缩丁醛(航空级) 上海化学试剂公司 技术条件 丁醛基4549% 水份2% 粘

8、度1535秒 酸值(mgKOH/g)0.2 性状：白色或浅黄色颗粒粉末，能溶于醇3.3性能测试3.3.1成膜性试验 将一定浓度的加固剂涂于载玻片上，待其固化后，观察成膜情况。结果如表1。 表1成膜性试验编号加固材料溶剂膜情况1 聚乙烯醇缩丁醛乙醇:甲苯(6:4)膜无色透明,均匀光滑2聚乙烯醇缩丁醛乙醇膜较厚处发白3聚乙烯醇水膜无色透明,均匀光滑由表1比较可知：在成膜性试验中，1号、3号加固剂材料成膜性较好，可用作文物的加固材料；2 号加固材料膜表面泛白，不符合文物加固材料的要求。造成这种膜表面泛白的原因可能是溶剂（乙醇）挥发过快未及成膜，加固材料与空气中的水蒸汽接触（聚乙烯醇缩丁醛不溶于水，遇

9、水发白），便出现了泛白现象。3.3.2可逆性 将一定浓度的加固剂涂于载玻片上，固化后置于一定的溶剂中溶解，10分钟后取出观察，若一次溶解效果不理想，可进行第二次，可逆性试验结果如表2。 表2 可逆性试验编号加固材料溶剂（溶膜剂）10min20min1聚乙烯醇缩丁醛乙醇甲苯溶液乙醇：甲苯（6:4）几乎没有加固剂全部溶解2聚乙烯醇缩丁醛乙醇甲苯溶液乙醇剩余少量加固剂几乎没有加固剂3聚乙烯醇缩丁醛乙醇溶液乙醇剩余少量加固剂几乎没有加固剂4聚乙烯醇水溶液水膜脱落，但有大量加固剂未溶解仍有大量加固剂未溶解由表2比较可知： 单独使用某种溶剂的效果不是太理想，而混合溶剂有较强的溶解能力，1号、2号、3号加固

10、材料可逆性较好,均可达到要求，可用于彩绘陶器覆土清除的加固中。4号加固材料可逆性不理想，不符和要求。3.3.3渗透性 用浓度为1的加固剂涂刷覆土彩绘陶片样品3次，加固剂渗入处在溶剂未挥发之前颜色较深，通过显微镜观察陶片断面的颜色变化可检验渗透深度，试验结果见图1，图2。 图1 图2由试验可知：1聚乙烯醇缩丁醛的乙醇甲苯溶液可渗入覆土彩绘层以下深度，因此符合本次试验对渗透性的要求。3.3.4加固强度由于本次试验的条件所限，加固强度试验无法完成。但加固强度是加固材料的一个重要指标，是筛选文物加固材料必须的试验。综上试验可知，聚乙烯醇缩丁醛成膜性、可逆性、渗透性等均可达到本次试验的要求。因此，我们拟

11、采用聚乙烯醇缩丁醛材料对彩绘陶进行覆土清理。试验中，我们采用聚乙烯醇缩丁醛乙醇甲醛溶液进行加固，在清除表面薄层覆土时，考虑到清理过程较缓慢，再次大量使用乙醇甲苯溶剂，甲苯的毒性易对操作人员造成伤害。所以我们拟使用乙醇作为溶剂进行溶解松土。4 处理实施.1文物样品介绍1号彩绘陶器：唐代彩绘仕女俑，彩绘保留不完全，表面有覆土。见图3，图4。2号彩绘陶器：西汉晚期彩绘陶罐，彩绘表面有覆土。见图5，图6。 4.2样品的初步清理用竹签剔除彩绘表面较厚泥土，保留12mm的土层不清理。4.3渗透加固 4.3.1加固的目的 既能粘接颜料颗粒，使脱胶的颜料颗粒重建内部连接，紧密结合，又能粘接彩绘层于陶体，从而提

12、高彩绘层的内聚力，以及彩绘层与陶体的附着力。4.3.2加固原理 树脂溶液流入多孔材料的空隙中，形成聚合物覆盖在松软颗粒的表面，或在颗粒连接处析出聚合物形成新的连接点，从而在松散材料内部恢复并建立了新的连接，提高了文物的稳定性及强度7。彩绘层中原有胶结物的老化，使颜料颗粒变的松散多孔，以及陶器本身的多孔性为我们的渗透加固提供了可行性。4.3.3选用的加固剂基于加固剂的筛选试验，在此拟采用的加固材料为聚乙烯醇缩丁醛,处理实施中使用的加固剂，溶剂及溶液浓度见表3。表3加固剂加固材料溶剂浓度聚乙烯醇缩丁醛乙醇:甲苯(6:4)1%4.3.4加固方法 由于彩绘表面十分脆弱，并且表面覆土分布不连续，为了避免

13、对彩绘颜料的损伤以及泥土的交叉污染，我们采用棉签涂擦法。对于表面粉化严重的彩绘陶器，也可采用喷雾法，选用雾化好的喷枪或喷壶操作8。为了增加加固剂的渗透能力，我们在加固之前，先选用一种溶剂对涂层进行淋润，在淋润剂未干时进行加固9，试验表明：加固剂在经过淋润的涂层上的渗透能力显著增强。4.3.5加固过程首先是加固剂液体进入被加固文物的过程。在这个过程中，加固剂液体在多孔文物毛细作用下通过孔隙内渗透(当加固剂从上部滴注时)；加固的另一个过程是溶剂挥发过程，在这个过程中，将有机树脂渗解并带入多孔文物内部的有机溶剂通过空隙挥发而向外部移动，并最终全部挥发，留下有机树脂在多孔的物质内部，起到连接作用而对文

14、物进行加固10。为了防止加固过程反迁现象造成文物加固剂在表面层积聚，将饱和加固剂的文物封在仅有很小开口的塑料薄膜内，这样做可以减缓溶剂的挥发速度，从而减小加固剂的反迁。4.4覆土清理这一阶段的清理工作与初步清理有很大的不同，需要试剂松土和机械剔土的密切配合，最终要浮现彩绘层，因此，要更仔细，谨慎进行。4.4.1清理工具 a.剔土工具：竹签、竹片。b.清土工具：吸耳球。用吸耳球吹去已剔除的浮土，避免清扫工具对彩绘的直接接触。 4.4.2松土试剂 乙醇松土试剂松土机理：当松土试剂滴涂到薄层泥土表面时，立即被干燥的泥土所吸收。第一,泥土中的加固材料在溶剂作用下，逐渐溶解，泥土中的粘接力趋于减小，达到

15、完全溶解时，便可剔除。第二,试剂渗入后在黏土颗粒之间侵占一定的空间形成连续的液膜，黏土颗粒被液膜相互隔离，由于溶剂具有较强的挥发性，所以在浸润的同时也开始挥发，让出空间，黏土颗粒又重新聚拢，从而形成微弱松动，相比较于水，松土剂的表面张力和粘度都要低的多，所以水能赋于黏土以可塑性与黏附性，而松土剂则不能11，经松土剂浸润过的薄层泥土，再用竹签剔除，即成为半干半湿的疏松浮土，可以用吸耳球吹掉。这些就是松土剂对表面附着的薄层干硬泥土起到膨胀疏松作用的原因。4.4.3清理覆土以上工具，材料备齐之后，即可开始细部清理工作。清理时，应先在待清理的部位用棉签涂擦松土剂，待其将表面薄层干硬泥土浸润渗透，并稍有

16、挥发，即半干半湿时就可用竹片清理，剔土的过程中，松土剂不停挥发，所以应视清理进度随时补充松土剂，使剔土的进度与松土剂挥发的速度相适宜。细部清理是一项技术性很强的工作，需要细心和耐心，并且不断总结经验，逐步掌握和提高。5 结果和讨论1.加固剂的使用大大地增强了彩绘层的内聚力，以及与陶体的附着力，从而有效地避免了表面覆土清理过程中彩绘掉粉、剥落的现象。清理效果见图7,图8，图9，图10。2.关于加固剂的选择。加固剂的可逆性（ 在本试验中）即加固材料固化后的重新溶解，应该具有合适的速度不宜太快或太慢。太慢不利于溶解松土和机械松土的配合；太快就容易使彩绘层的加固材料也很快溶解。理想情况是加固材料的再溶

17、解速度与溶剂的渗入、挥发速度及机械剔土速度相适宜，最终达到松土而不伤彩绘的目的。这需要对加固材料的可逆性进行更深入的研究，和严格筛选，也需要在处理实施中不断总结经验。3.对于加固剂的渗透加固深度，经分析，树脂的渗透与迁移主要受分子量大小，浓度与溶剂的影响；其中溶剂是关键，包括溶剂的黏度，表面张力，挥发速度等12。在本试验中用乙醇甲苯混合溶剂在一定程度降低了乙醇的挥发性，有利于渗透。关于渗透效果的检验，我们试验中所用方法效果并不十分理想，建议使用扫描电镜（SEM）对加固剂的渗透深度及分布情况进行研究。4.关于松土剂。本试验选择松土剂的必要条件是：所用试剂应该是加固材料的良好溶剂。这使松土剂选择受

18、到一定的限制，为了避免甲苯毒性对操作人员的伤害，我们选用乙醇作为松土剂来代替乙醇甲苯混合溶剂，乙醇在应用过程中起到溶解、松土的作用，但存在挥发性太快的问题。总之，表面清理工作是出土彩绘陶质文物保护的重要环节，而目前的处理方法存在一些问题，我们欲通过本次试验，为彩绘文物的清理工作进行一些积极的探索，然而这只是初步的探索，要想得到更广泛的应用，还需要进一步的研究予以完善。 图3 图4 图5 图6 图7 图8 图9 图10参考文献1李书谦，催松林三门峡彩绘陶器保护浅析华夏考古，2000，2：1091122郭岚西汉彩绘陶俑色彩保护研究陕西历史博物馆馆刊，2001，第8辑：4374393郑利平，王丽琴等汉阳陵彩绘陶俑颜料成