干冰清洗技術對陶器文物清洗的探索

摘 要：文物清洗是文物修復中的首要工作，現階段清洗時使用的試劑如丙酮等有時會對人體與環境造成損害。因此，尋找新的清洗材料與清洗手段，對于文物修復者來說是非常重要的新課題，也對修復工作持續性發展具有非常重要的意義。文章通過干冰清洗技術在臨夏州博物館館藏的各種污染物陶器標本的實驗性運用，對其清洗效果進行試驗和分析。

關鍵詞：干冰清洗;陶器標本;實驗

1 引言

各種陶器文物在保存時保存狀況不一樣，經過日積月累的放置，逐漸在文物表面上形成許多污垢，如油脂、霉菌，有的是難溶沉積物，也有的是經過修復的器物上的環氧樹脂等較難去除的黏合劑。

現階段清洗文物時使用的方法有兩種：一種是物理清洗方法，另一種是化學清洗方法。其中物理清洗方法也可以分為兩種：第一種是超聲波清洗，效果比較好，但同時也會對器物表層產生劃痕等損傷;第二種先用傳統文物修復工具如毛刷、小錘子等把泥土、沉積膜處理掉，然后用水清洗，這種清洗方法對一些穩定性強的污染物效果一般。化學清洗方法是用化學試劑進行清洗，如丙酮等清洗劑。丙酮等化學品試劑，雖然效果還可以，但特點是毒性較高、揮發性強，對環境和修復工作者造成一定的傷害，不利于長久發展。如果用毒性較低的低濃度強氧化水等試劑清洗，效果一般。

隨著現代科學的進步發展，干冰清洗技術成了清洗的新手段，如何將這個新技術應用在文物清洗領域中，是當今文物修復者的一個新課題。

2 干冰技術的發展和應用

干冰是二氧化碳的固態形式，在常溫下是無色無味的氣體，在空氣中約含0.03%。干冰在常壓下，固體直接升華，能使周邊溫度降至零下78℃左右，沒有液化的過程，并且干冰顆粒的硬度一般。1823年，英國的法拉第和笛彼首次液化了二氧化碳。1834年，德國的奇絡列研制出了固體二氧化碳。1925年，美國的干冰股份有限公司開始大量生產干冰。當時將制成的成品命名為干冰，干冰一詞由此產生，其實它的正式名稱叫作固體二氧化碳。干冰的主要優勢在于能做到無損清洗。由于它的這個特點以及環境無污染性的優點，逐漸應用于各大工業類行業，如工業模具、電子工業、電力行業等。將干冰清洗技術應用于文物清洗，主要還是在文物建筑表面，對可移動文物清洗還沒有開展具體工作。

3 干冰清洗技術的原理及優點

干冰清洗是利用壓縮空氣動能帶動干冰清洗機里的干冰，通過專業設備將干冰和氣體混合再通過管道和專業噴嘴噴射到物體表面，從而達到清除污漬的目的。干冰清洗的原理主要有三個：一是“能量轉移”。干冰通過干冰清洗機在高壓氣流中加速，通過噴嘴沖擊清洗物體表面，干冰顆粒與清洗表面發生極其快速的熱轉移，瞬間升華，所造成的沖擊力可以破壞污垢層與物體之間的黏合力，同時吹走部分污跡。二是“低溫龜裂”。不同熱膨脹系數的兩種不同材料，它們之間的溫差會破壞兩種材料間的結合。干冰粒（-78℃）沖擊物體表面，使污垢冷凍至脆化及爆裂，產生“龜裂”，影響黏附污垢的機械性能，致使其脆性加大，兩者之間的溫差將造成互相剝離。三是“微爆炸”。干冰顆粒在常溫常壓下會迅速膨脹成氣體，體積膨脹600～800倍，這樣將在器物表面形成微型爆炸，將污垢剝離物體表面，此時需要適當調節干冰輸出量，否則會影響清洗效果。干冰清洗過程，利用壓縮空氣作為動力，把干冰顆粒以超音速噴射至被清洗對象表面，但并非單依賴干冰顆粒的動能，而是利用干冰的超低溫性達到除污目的。它的優點是作為清洗介質對清洗對象表面損傷非常小，清洗完后就只有污垢會剝離，不會產生額外的雜質及污染物。并且二氧化碳是常見的溫室氣體，不會對環境造成污染。干冰清洗的原理還是二氧化碳的物理性質決定了它的清洗效果，因為二氧化碳的狀態轉換是清洗技術的主要內容，表1是二氧化碳的物理性質。

4 干冰清洗的科學實驗

為了了解干冰清洗技術對陶器文物的清洗效果，我們課題組一行四人于2018年11月15日至11月19日奔赴西安陜西克林勒斯清洗技術服務有限公司對50件陶器標本進行清洗實驗（圖1）。

實驗裝置：一臺規格型號為IC310S的德國ICS干冰清洗機（圖2）;一箱直徑為3mm、長度為1～15mm干冰顆粒（圖3）。

實驗材料：實驗對象為21套不同附著物、不同硬度的陶器標本。

實驗場地：陜西克林勒斯清洗技術服務有限公司清洗車間。

實驗方法：在陜西克林勒斯清洗技術服務有限公司專業人員的指導下，由一人按住實驗的器物，一人進行干冰清洗（圖4），按照干冰清洗機的壓力從小到大、時間從短到長、劑量從小到大的順序進行清洗，并且改變噴射角度，由60°到90°，尋找最佳噴射角度。在清洗的過程中，按照陶器標本材質不同、污染物不同、硬度不同，通過壓力不同、時間不同、劑量不同來做清洗實驗，最后詳細做好實驗數據的記錄。實驗總共為期5天，每天對10件不同材質、不同污染物的陶器標本進行40分鐘的清洗，總共對21件陶器標本進行了實驗。

5 干冰清洗陶器標本的具體實驗數據

陶標1，夾砂陶。胎體較厚，污染物為塊狀泥土（圖5）。當干冰清洗機壓力0.15MPa時，有小的堅硬的粒狀泥洗不掉;當干冰清洗機壓力增至0.2MPa時迅速除干凈堅硬的塊狀泥土;當干冰清洗機加至壓力0.25MPa可迅速除去陶器上用中性筆寫的標記（圖6）。

陶標2，泥質陶。胎體密度高，胎體硬，質地細，均有黑彩，有紋飾，污染物為泥土（圖7）。當干冰清洗機壓力0.2MPa時可除去表層泥土，但是出現了洗不掉的膠質附著物;當干冰清洗機壓力加至0.3MPa時膠質附著物被除去（圖8）;干冰清洗機壓力加至0.4MPa時，彩被洗掉了。

陶標3，泥質陶。質地細、胎體較薄，污染物為泥土（圖9）。當干冰清洗機壓力0.2MPa時，泥土可以清掉;當干冰清洗機壓力加至0.25MPa時，陶器標本上的細小紋路被洗出（圖10）。

陶標4，夾砂陶。質地粗，污染物為泥土（圖11）。當干冰清洗機壓力0.15MPa時，表面泥土被洗干凈;當干冰清洗機壓力增至0.2MPa時，陶器標本雜質已被洗出來（圖12）。

陶標5，夾砂灰陶。質地粗，較厚，污染物為煙熏（圖13）。當干冰清洗機壓力0.2MPa時，煙熏可洗掉（圖14）;當干冰清洗機壓力增至0.25MPa時，陶器標本本體已有損傷。

陶標6，橙黃陶。陶質細膩，胎體較厚，密度高，質地硬，污染物為煙熏（圖15）。當干冰清洗機壓力0.2MPa時，煙熏可洗掉;當干冰清洗機壓力增至0.3MPa時，洗不掉裂口處的煙熏痕跡;當干冰清洗機壓力加至0.35MPa時，亦洗不干凈（圖16）。

陶標7，素陶。胎體較厚，污染物為可溶性鹽（圖17）。當干冰清洗機壓力0.2MPa時，可以除塵、除鹽，但不可噴洗太久，太久會洗掉本體的雜質;當干冰清洗機壓力增至0.4MPa時，會損傷本體（圖18）。

陶標8，橙紅陶。胎體較薄，密度高，硬，污染物為可溶性鹽（圖19）。當干冰清洗機壓力0.2MPa時，可洗掉陶器標本上的可溶性鹽，洗久之后本體雖沒有太大損傷，但燒陶時本身留下的氣泡被洗出來了（圖20）。

陶標9，泥質陶。黑彩，有紋飾，密度低，軟，污染物為可溶性鹽（圖21）。當干冰清洗機壓力0.1MPa時，彩損傷較小;當干冰清洗機壓力增至0.2MPa時，本體易損傷（圖22）。

陶標10，夾砂陶。素陶，胎體厚，較疏松，污染物為可溶性鹽（圖23）。當干冰清洗機壓力0.1MPa時，即可清洗掉可溶性鹽;當干冰清洗機壓力0.2MPa時，會出現剝離本體的情況（圖24）。

陶標11，完整灰陶罐。胎體厚，密度適中，污染物為可溶性鹽（圖25）。當干冰清洗機壓力0.05MPa時，沒太大效果;當干冰清洗機壓力0.1MPa時，清洗有效果（圖26）。

陶標12，灰陶，胎體厚，口沿部分，污染物為可溶性鹽（圖27）。當干冰清洗機壓力0.3MPa時，可清洗掉可溶鹽，但頑固鹽漬洗不掉（圖28）。

陶標13，素陶罐。密度適中，污染物為油漬（圖29）。當干冰清洗機壓力0.1MPa時，可處理掉表層塵土、油漬，完全清洗成功，對標本本體無損傷（圖30）。

陶標14，夾砂陶。胎體適中，密度適中污染物為油漬（圖31）。當干冰清洗機壓力0.1MPa時，可除表面污物，可洗出胎體橙紅質，胎體內白色雜質顯現（圖32）。

陶標15，彩陶。質地疏松，密度低，質地軟，其中一個密度高、質地硬，污染物為油漬（圖33）。干冰清洗機壓力0.1MPa時，質地疏松的標本，沉積膜易被洗掉，同時彩也容易洗掉（圖34）。

陶標16，泥質陶。胎體適中，密度低，質地軟污染物為油漬（圖35、圖36）。用0.1MPa干冰清洗機壓力時，胎體、彩、紋飾受損，器物內側的沉積膜不易洗掉。當干冰清洗機壓力加至0.8MPa時，內側沉積膜可洗掉，但效率較低，沉積膜大塊掉，器物內側無損（圖37、圖38）。

陶標17，塔式罐頂。污染物為油漬（圖39）。當干冰清洗機壓力0.05MPa時，無效。當干冰清洗機加至0.2MPa可清洗油漬，但效率低;當干冰清洗機壓力調至0.3MPa時，大部分污染物可洗掉，但結塊污漬清不掉（圖40）。

陶標18，夾砂陶。密度低，胎體厚，污染物為油漬（圖41）。用0.1MPa干冰清洗機壓力清洗時，胎體受損，剝離了表層繩紋，器表受損（圖42）。

陶標19，橙黃陶。胎體適中，密度適中，污染物為油漬（圖43）。用0.1MPa干冰清洗機壓力清洗時，可清洗掉表層灰土。當干冰清洗機壓力增至0.2MPa時，可洗掉油漬（圖44）。

陶標20，橙黃陶。胎體薄，密度高，污染物為沉積膜（圖45）。用0.1MPa干冰清洗機壓力時，可清洗表層灰土。當壓力增至0.2MPa時，可洗掉沉積膜（圖46）。

陶標21，灰陶。密度高，污染物為沉積膜（圖47）。用0.1MPa干冰清洗機壓力時，可清洗表層灰土;當干冰清洗機壓力增至0.2MPa時，可洗掉沉積膜（圖48）。

6 實驗結果分析

科研結果表明，干冰清洗技術在一定壓力、一定劑量和一定時間內對陶器標本表面上附著的泥土、可溶鹽、霉菌、沉積膜等效果顯著，未對陶器表面造成損害。一般情況下，干冰的輸出量越大，清洗效果越好。但一旦加大干冰清洗機壓力或者加大干冰劑量及時間，就會不同程度造成彩陶表面紋飾和表層損傷，干冰清洗技術的應用能力與清洗效果仍有很大的提升空間。

經過實驗，我們建議，在干冰清洗文物的實驗中，器物的硬度不同，彩料的脆弱程度不同，燒造工藝成熟度不同，胎質結合縝密度不同，釉面厚度不同等，都可能影響清洗效果。現在的干冰清洗機體積越做越小，但干冰輸出率和干冰顆粒還太大，效果還不太理想。若能改進工藝，提高干冰清洗機技術，相信能廣泛應用于文物修復事業。