材料化學在文物保護中的應用現狀

[摘要]文物承載著社會發展變遷的重要信息，是社會的寶貴財富。隨著歲月的流逝，由于這些文物受自身材料與環境因素的影響而發生不同程度的病害現象，甚至自毀，采用相應的材料對其進行修復保護可以有效延緩其病害的發生并可以有效恢復其受損信息。本文論述了近年來材料化學在文物彩繪、土遺址、古舊字畫、檔案圖書、影像資料等文物保護方面的應用現狀及其發展趨勢。

[關鍵詞]文物保護；材料化學；彩繪文物；土遺址

[中圖分類號]G264 [文獻標識碼]A [文章編號]1005-3115（2012）24-0103-03

我國文化遺產蘊涵著中華民族特有的精神價值、思維方式和想象力，體現著中華民族的生命力和創造力，是各民族智慧的結晶，也是全人類文明的瑰寶。保護文化遺產，繼承民族文化，是聯結民族情感的紐帶、增進民族團結和維護國家統一以及社會穩定的文化基礎，也是維護世界文化多樣性和創造性、促進人類共同發展的前提。加強文化遺產保護，是建設社會主義先進文化、貫徹落實科學發展觀和構建社會主義和諧社會的必然要求。

我國文化遺產保護面臨多種類型的嚴重病害，甚者面臨消亡。隨著材料科學的發展，材料化學在修復古代壁畫、文物彩繪、土遺址、古舊字畫、檔案圖書、電影膠片等領域得到了廣泛應用。2012年暑期，陜西師范大學材料科學與工程學院申報了學校暑期社會實踐重點項目，組織材料化學專業學生先后到西安半坡博物館、陜西乾陵博物館、昭陵博物館等文物保護機構進行調研，了解材料化學在現今文物保護方面的應用現狀。

一、材料化學在文物保護中的應用

（一）材料化學在彩繪文物保護中的應用

彩繪文物的顏料、膠料的混合物在經過很長一段時間后會風化褪色，形成一個空隙、粒子界面，并會對入射光產生慢散射，導致文物彩繪顏色淡化或消失。①李玉虎等人從光學特性微觀狀態上研究分析發現風化褪色的原因后，研制了由非揮發性液態抗氧、抗風化穩定劑和耐侯、抗腐蝕的有機氟材料、聚甲基丙烯酸甲酯與苯乙烯的共聚物的混合物形成抗腐蝕的固態穩定物的顯現加固劑，這種加固濟能滲入顏料、膠料層，以固態填充，消除其散射界面，使嚴重風化褪色的彩繪顯現原貌，并加固顏料、膠料層，防止其繼續褪色。

對于可溶鹽導致的酥粉現象 ，李玉虎②等人制作模擬樣品，進行了回貼修復，并且加以加速老化與系統評價，篩選出了以水性氟為主的酒精溶液作為回貼修復劑，再加上精細修復工藝，分別對龜裂、起翹、脫落、酥粉彩繪層進行回位修復與加固。

目前，文物彩繪保護涂層材料主要有天然高分子材料和人工合成高分子材料兩大類，后者在文物保護中應用更普遍，其顏色變化小、粘接強度高， 能很好地起到保護彩繪文物的作用。③現有的人工合成高分子材料主要有水溶性合成樹脂，如聚乙烯醇、聚乙二醇等；溶劑型合成樹脂，包括丙烯酸樹脂、聚乙烯醇縮醛等；反應型樹脂，包括有機硅材料、環氧樹脂、醇酸樹脂和甲醛樹脂；樹脂乳液類，例如聚醋酸乙烯醋乳液、聚氨醋乳液、丙烯酸樹脂乳液等。④趙靜⑤等人分別采用傅立葉紅外光譜儀測量九種常用高分子涂料的分子結構，再運用分光光度儀測量顏料的主波長、色純度和高度的變化， 粘接強度儀測量顏料的粘接強度變化。實驗結果表明，PrimalAC33、B72 和有機硅的耐老化性能好，而且顏色變化小，粘接強度高，可以有效修復由內應力導致彩繪層起翹卷曲、 脫離陶體的問題，很好地起到加固和保護彩繪文物的作用。

王芳⑥等人對幾種有機聚合物涂料進行光降解實驗，發現聚氨酯對光的穩定性差，尤其是芳香族聚氨酯易發生降解反應，其降解后生成生色團為醌亞胺結構，產生老化變色現象。李迎⑦將納米材料通過物理或化學的方法均勻分散到有機高分子材料中，形成復合材料的同時具有納米材料和基體材料的優點，使彩繪文物保護技術更上一層樓。

嚴淑梅⑧等人選取國內外五種化學或生物霉菌清洗劑，分別對壁畫中常見的霉菌進行清洗，并對清洗效果做出了分析與評價。結果顯示，胰蛋白酶清洗劑是安全高效的壁畫表面清洗劑，能有效清洗表面留有霉斑，并配合使用其他幾種化學清洗劑可較為有效地清除多數壁畫表面霉斑頑漬，這種方法已達到國內最高水平。

（二）材料化學在土遺址保護中的應用

土遺址表面防風化加固材料，尤其對高模數的硅酸鉀溶液（簡稱PS）的研究已經深人到PS 對土的作用機理研究。王旭東⑨指出，防風化無機材料有硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鋁、氫氧化鈣、氫氧化鋇等，有機高分子材料有機硅樹脂、有機聚合物材料全氟聚醚、環氧樹脂、聚氨醋樹脂、醋酸乙烯醋、丙烯酸等無機—有機復合材料如硅酸鉀—甲基三乙氧基硅烷等。陜西師范大學文保中心經過近20年的努力，研發出一種微量吸附與沉淀雙重加固的材料與工藝，加固后的遺址土壤在通透性、滲透深度、強度梯度、原貌保持、鹽害治理等核心技術上獲得突破，經西安半坡遺址、秦俑坑土隔梁、大唐西市土遺址等地歷時13年不等實效考驗，效果穩定。

（三）材料化學在古舊字畫、檔案圖書保護中的應用

引起紙質文獻損壞的外部因素有溫度、濕度、有害氣體、人為損壞、光照、昆蟲、酸化，還有各種自然災害（火災、水災等），導致紙張變脆、缺失、污染。紙質類文物所需求的加固保護材料除了要提供紙張纖維有一定強度以外，還必須能防止紙張的接觸破壞和非接觸破壞，從根本上斷絕各種影響因素對紙纖維破壞的途徑。因此，對保護材料具體要求是在紙質文物質感、厚度、色澤要求范圍內的前提下，具有提高抗張強度、耐折度等機械性能；材料施用對于紙張有一定的防霉抗菌作用；對紙張上的字跡油墨不溶解、不脫色、不褪色、不泛色有一定作用。馬清林⑩等人認為，可利用制備樹脂材料的薄膜貼合于受損紙張的兩面，將脆弱紙張與外界隔絕接觸來改善紙張性能。加膜法主要是依靠加固薄膜的機械強度韌性及自身耐老化性能賦予紙張強度老化的性能，但是同樣存在加膜后紙張原有的質感、外觀等會發生改變的副作用 。梁嘉放11采用樹脂材料加固法，用天然或者合成樹脂配制特定濃度的溶液，然后在紙張表面進行涂刷，由此紙質文物與樹脂便形成兩相體系的復合材料，樹脂在其中作為連續相存能有效增強文物的機械強度，一定程度隔絕紙張與空氣接觸，且其自身老化性能（優良能）在一定程度上可緩解紙質文物的降解老化。所以，相比于其他眾多方法樹脂材料加固法對紙質文物加固保護性能較好。

張曉麗12等采用丙烯酸等單體改性氧化聚乙烯蠟、三乙醇胺及硅酸鈉進行復配，用復配液處理紙質文物，對復配液處理前后紙樣的外觀、pH 值、物理強度性能和耐酸耐堿等進行測定及掃描電鏡分析。結果表明， 復配液處理后紙樣的外觀、質感、光澤度及耐折度無明顯變化，經100℃老化處理72小時前后，復配液處理后紙張的pH值都能上升到理想值7.5 ～ 9.0，老化前后的抗張強度較原紙的分別提高38.5%和36.4%，且紙張耐酸、耐堿能力大大提高。

邢慧萍等篩選了對紙張纖維與字跡基本無害的OP-10（烷基酚聚氧乙烯醚復合物）、麝香草酚配成5%的水溶液，能有效去除報紙、文件上的煙熏污漬，沒有殘留，報紙也不會局部變白。13

孫振乾14等用殼聚糖中、丙醇、四甲基氫氧化銨溶液、環氧丙烷處理紙樣用噴槍對紙樣進行噴涂。紙樣經保護后， 具有一定的耐老化性能，且保護材料老化后對紙張無損害。保護后的紙樣外觀基本上沒有發生改變，遵循了文物保護“修舊如舊”的原則。

（四）材料化學在電影膠片保護中的應用

電影膠片在使用或保存過程中其表面會產生大量劃痕， 在電影放映時會在屏幕上出現一條條黑灰的細長線條，嚴重影響放映效果。何小津等研究者15通過實驗發現，含氟聚合物具有優異的耐候性、耐久性和抗化學藥品腐蝕的性能，其聚合物是高度絕緣的，在化學性質上表現出較好的穩定性和化學惰性。但由于其自身性能不能滿足膠片修復材料的要求，必須添加一些輔助材料對其改性。添加納米二氧化硅可以提高抗紫外線、抗老化性、抗氧化性，改善耐磨性、耐腐蝕、透明及防遮蓋特性等；添加水性聚氨酯具有優良的耐水、耐溶劑、耐化學腐蝕、不易燃燒、使用方便等優點，膜中添加適量的聚氨酯，可以增加膜的粘結力、柔韌性等；添加溶劑加入適量的乙醇，可以有效地縮短成膜時間。

二、結論

總之，古代壁畫、文物彩繪、土遺址、古舊字畫、檔案圖書、電影膠片等文化遺產保護修復研究領域已取得一些研究成果。其中，各種文化遺產成分分析、病害原因、修復材料的研究較多，比如在修復材料方面，除了天然高分子材料、人工高分子材料的廣泛應用，納米材料由于其獨特的理化性能在文物保護研究中得以應用，并且有著廣闊的應用前景。

目前，國內在文化遺產保護研究中還存在一些問題。從研究資料來看，對一些病害的機理研究還不夠深入、徹底，還不能從根本上解釋病害產生和發展的原因，這對于有效控制病害發展十分不利。例如電影膠片的“醋酸綜合癥”仍是世界難題，不能有效控制。同時，在保護材料的選擇上具有盲目性、片面性，修復材料自身存在的問題可能加速降解、老化。例如對于彩繪文物和土遺址的保護修復，需要加入加固劑，但目前對于加固劑的穩定性缺乏系統、科學、全面的研究，所以，在選擇時缺乏可科學性。

[注 釋]

①《風化褪色的古代壁畫、文物彩繪、建筑彩畫恢復與修復》，《中國文化遺產》，2004年第3期。

②李玉虎、邢慧萍、娟麗、曹明、柏紅英：《古代壁畫、文物彩繪病害調研與治理研究》，2009年6期。

③和玲、姜寶蓮、梁國正：《含氟聚合物用于陜西戶縣出土新石器彩陶的保護研究》，《文物保護與考古科學》，2003年第3期，第35～38頁。

④周鐵、容波：《陶質彩繪文物保護用加固劑研究進展》，《文物保護與考古科學》，2008年第20期，第68～71頁。

⑤趙靜、王麗琴、何秋菊、習阿磊：《高分子彩繪類文物保護涂層材料的性能及應用研究》，《文物保護與考古科學》，2006年第3期，第18頁。

⑥王芳、黨高潮、王麗琴：《文物保護中幾種有機聚合物涂料的光降解》，《西北大學學報》，2005年第5期，第565～570頁。

⑦李迎、王麗琴：《納米材料在文物保護中應用的研究進展》，《材料導報》， 2011年第18期，第34～37頁。

⑧嚴淑梅、周鐵、黃建華、付倩麗、王偉峰、張群喜：《館藏唐代壁畫畫面霉斑清洗劑的篩選試驗研究》，《文物保護與考古科學》， 2010年第2期，第22頁。

⑨王旭東：《中國西北干早環境下石窟和土遺址保護加固研究》，蘭州大學出版社2003年版。

⑩馬清林、陳庚齡、韓鑒卿：《古代織物的斜面平臺清洗與裝匣保護》，《文物保護與考古科學》，2001年第2期，第13頁。

11梁嘉放：《關于紙質文物保護新方法的設想》，《文物保護與考古科學》，2005年第2期。

12張曉麗、魯鋼、金江、張金萍、鄭冬青：《水性氧化聚乙烯蠟及其在紙質文物保護中的應用》，《中國造紙》，2010年第10期，第29頁。

13邢慧萍、李玉虎、單曉娟：《陜西革命紀念館紙質文獻搶救修復保護研究》，《檔案學研究》，2010年第3期。

14孫振乾、邱建輝、徐方圓、盧珊：《羥丙基殼聚糖對紙質文物保護的應用研究》，《化學與生物工程》，2005年第1期。

15何小津、王錦和：《電影膠片各類劃傷識別及產生原因分析》，《 現代電影技術》，2010年第7期。