淺析木質文物保護研究新進展

摘要：木質文物作為考古出土的重要有機質文物的一部分，由于其一直面臨出土量大、糟朽嚴重、后續保護不完善等問題，尤其是對飽水木質文物的保護，因而引起廣泛重視。文章從出土飽水木質文物的脫水加固研究方面入手，綜述目前國內外這一領域的研究進展，并展望未來的研究和發展方向。

關鍵詞：木質文物；飽水木材；脫水；保護技術

引言

木質文物，一般是指古代遺留下來的木制品和竹制品，從古代的戰船、佛像、棺槨、墓葬到木牘、竹簡和各種工藝品等[1]。與古代建筑相比，出土木質文物的病害問題更為復雜，木質文物保護問題已成為我國文化遺產的研究重點[2]。飽水木質文物需要對其進行高效脫水定型，現有的研究成果可歸納為物理脫水（自然干燥和冷凍升華）與化學脫水（化學置換、化學置換聚合、化學置換填充等）兩種方式[3]。另外，近年來在我國發掘的木質文物中也出現一些新應用。總之，在今后的木質文物保護過程中，將采用兩種不同的方法處理脫水。

此外，中國各類古代建筑以木質居多，造型各異、構造奇特的木制品也被當作文化遺產來對待。因此，對于現有木構建筑遺產的研究與保護，對于弘揚傳統文化、加強史學研究具有重要的現實意義。

一、國內外研究現狀

（一）木材干縮原理

健康木材干縮濕脹是指在干燥過程中，由于吸收一定的水分，使其體積減小或增大，其中，水分是造成干燥收縮和潮濕膨脹的主要原因。木材纖維的濕潤膨脹主要是因為木質纖維與纖維之間、纖維與晶體之間的水分被吸收，使得水分加厚，引起木質纖維的膨脹。同時，干燥收縮也是一個反向過程。

對于考古出土的飽水木材而言，根據相關研究發現，飽水糟朽木材與健康木材存在不同：第一，與木材纖維飽和度原理不符，當水分含量超過30 %時，即使是木質材料中的游離水分也會迅速流失。若重新烘干，則未達到原纖維飽和度原理，而在失去自由水時開始收縮。第二，自然干燥后，常常出現較大的收縮，再浸水后，雖有局部吸潮膨脹，但總體上與原始尺寸相差較大，且木質化程度愈高，其差異也愈大。若每次干燥、濕膨脹過程不斷重復，則每次干燥與濕膨脹之后，尺寸將變得更小。第三，隨著木材腐朽程度的增加，初始收縮的含水量點會向水分飽和的方向轉移[5]。因此，考古發掘的水分飽和的古木在風干后變形的原因包括水的作用和木材結構的改變。為此，在潮濕環境下對木材進行“脫水處理”和“纖維增強”是行之有效的方法。

（二）脫水定型方法

1.脫水加固

針對不同類型、不同程度腐朽的木質文物，應采取不同的保護措施。飽水木質文物的保護主要包括兩方面內容：一是設法把木器中的過量水分除去，在不改變器物原形的前提下脫水定型，如采用極性較弱、表面張力較小的溶劑，如乙醚、丙酮等有機溶劑，通過遞增化學溶劑的濃度，將飽水古木中的水分置換出來，從而避免出土木質文物因水分蒸發造成嚴重的收縮變形；二是使用適當的物質加固器物，以提高其強度，如采用一定的化學藥劑或聚合物，通過遞增濃度或其他方法滲透到木材空隙中，從而置換出木材中的水分，但藥劑仍留存在空隙之中。飽水木質文物的脫水定型，國內外學者做了大量的工作。

聚乙二醇（PEG）具有良好的滲透能力，可有效提高木材的機械性能，目前已被廣泛應用于飽水木質文物中。20世紀60年代，PEG曾被用來防止古代Vasa船的干燥。聚乙二醇還被用作波蘭的Poznan遺址的現場防護，以減少木頭的吸濕性[6]。日本學者Rie Endo曾嘗試將羽漿中的羽毛角蛋白提煉出來，用于木質的脫水防護[7]。意大利學者 Gianna等報道聚丙二醇（PPG425）、海藻糖（吡喃—吡喃）及羥基纖維素（Hydroxypropylate）在不同樹種及溫度下進行的干燥定型試驗，得到以羥基纖維素替代水為主要原料的冷凍干燥處理方法，結果表明，以羥基纖維素替代水分為主要成分的干燥方法得到凍干方法，有較好的結果[8]。挪威學者 Mikkel等認為，以聚乙二醇（PEG）、密胺樹脂（三聚氰胺）等作為填料，會導致木質結構的塑性形變，需要利用生物材料構建支架[9]。

除了化學脫水填充方法外，筆者還對飽水木質文物的脫水加工處理應用進行研究，常用的有自然干燥法、真空凍結法、硅膠吸附法等。英國Samuel等利用甘露醇和海藻糖分別對不同的試樣進行不同程度的預處理，并對凍干后的試樣進行實時顯微分析。結果表明：經山梨糖醇改性后的試樣，其收縮小、穿透速率高，并且在較低的溫度下較難從低溫凍結中沉淀出來。

國內學者在木質文物的脫水定型上也頗有研究：1979年，胡繼高等[10]在對銀雀山和馬王堆出土竹簡脫水處理中，運用醇—醚連浸法，試驗結果表明醇醚脫水對馬王堆竹簡有效，但不適用于銀雀山竹簡的脫水定型；1999年，上海博物館陳元生等[11]在搶救一批嚴重糟朽的戰國竹簡時運用真空冷凍干燥技術，脫水定型效果良好；2000年，南京博物院張金萍等[12]用蔗糖對飽水木質文物進行處理，效果良好；2006年，張振軍等[13]使用乳糖醇處理出土飽水古木，80 %濃度處理后的效果較為理想；2009年，李玲等[14]采用濃度20 %和40 %的乙二醛溶液，與分子量為4000乙二醇溶液進行交聯處理考古出土的飽水木質文物，使處理后的木材抗脹縮能力增強，同時古木的阻濕能力也大大提高，使出土飽水木材的尺寸穩定性得到提高；2010年，程麗臻等[15]研究的PEG復合液（PEG+二甲基脲+尿素）在脫水加固定型九連墩出土殘損漆木器文物時，效果良好，使漆木器的脫水時間縮短1/3至1/2。

2.超臨界流體干燥技術

上海博物館文物保護與考古科學實驗室采用一種利用超臨界流體（SCF）的方法來對飽水木材進行防護，超臨界流體是一種流體，其溫度、壓力都在某一臨界值之上。它具有以下特征：1.同時具有較高的擴散系數與較小的黏度，使其在液體中的擴散系數比液體大2個數量級，因而具備優良的流動性、滲透性及傳質性能。黏度比液體低1個數量級，近似于普通氣體。2.與液體類似，比一般的氣體低兩個數量級，易溶于物質；氣—液兩相間存在，且對外界環境的改變十分靈敏，在溫壓的細微改變下，其濃度都會產生較大的改變。隨著濃度的增加，溶質發生相轉移[16]。它自20世紀60年代興起以來，由于在材料加工、天然香料提取、醫藥、化工、環保等領域廣泛應用，使其在食品加工、天然香料提取、醫藥、環境保護等領域具有廣泛的用途。

飽水木質文物的保存是目前面臨的難題之一，即如何解決干燥應力問題。目前普遍采用的是通過調控環境相對濕度或使用低表面張力的溶液來減少烘干過程中的壓力，或者添加聚乙二醇、糖類等填料來增強材料的機械強度，達到抵御高溫環境的目的，但都無法從根本上解決該問題。要防止干燥應力的出現，必須消除氣液界面的影響。本文提出一種基于“在高于臨界溫度時，不論外加多少壓力均不會發生液化”的新方法，即通過將飽水文物內的中的液體物質置于某一臨界點上方，通過減少氣—液兩相間的接觸，達到不含液相的表面張力干燥。在這些研究中，超臨界二氧化碳引起人們的廣泛重視。它具有無毒、不易燃燒、價格低廉等優點，同時具有較小的濃度、較高的傳質速度、合適的臨界溫度及壓力。

英國圣安德魯大學 Kaye等首次將超臨界二氧化碳應用于古跡的干燥領域，提出一種可重復使用的方法，以實現對古器物的有效回收。法國 Grenoble文化遺產研究所的研究人員 Coeure et al.[17]也將超臨界CO2與 PEG聯合應用于文物的干—水分離，取得較為理想的結果。

2000年后，國內也開展相關研究。2010年，中南大學的梁永煌等[18]綜述超臨界CO2萃取干燥技術及原理，對國內外應用該技術對飽水文物脫水研究進行簡要評述，并展望其發展趨勢。隨后，該團隊在2011年采用超臨界CO2對戰國時期的飽水竹木漆器（含水率大于200 %）進行脫水干燥[19]，結果表明，當烘干溫度為50 ℃、氣壓25 MPa、CO2流速20 kg/h時，干燥、脫水5小時后，木材含水量不超過15 %，涂膜完整、顏色鮮艷、外觀完整，未見任何干縮、裂紋、破損等缺陷。2014年，湖北省博物館江旭東[20]等人對超臨界干燥技術進行較為詳盡的論述，并對其在浸出水分條件下的木材制品進行較為詳盡的研究；同年，荊州文物保護中心方北松[21]采用超臨界CO2的脫水方法，通過乙醇的預處理，對飽水竹木質文物進行干燥脫水，并取得較為理想的脫水效果。2020年，北京航天長征飛行器研究所穆磊等[22]聯合中國文化遺產研究院李乃勝等以“南海Ⅰ號”船體的部分構件為研究對象，開展將超臨界CO2流體干燥技術應用于海洋出水木質文物的探索實驗研究。研究發現，在溫度40℃、壓力20 MPa的條件下，超臨界CO2流體干燥海洋出水木質文物效果明顯。文物干燥前后含鹽率的測量結果表明，此干燥技術還具有明顯的脫鹽效果。

二、脫水加固技術研究展望

在過去的20多年里，超臨界流體是一項新興的研究課題。盡管在理論和實踐上均優于常規的飽水文物脫水，但受限于設備條件、樣品來源等諸多限制，目前對其在小型飽水文物的干燥方面的研究還處于探索階段，一些具體的方法還停留在經驗積累階段。在此基礎上，如何處理大體積的木質文物，即對大量的木材進行有效的處置，并選用無毒無害的替代液體，無疑是今后重點研究的方向。

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作者簡介：

楊瀾（1999—），女，漢族，陜西漢中人。在讀碩士研究生，研究方向：文物保護學。