一種壁畫修復專用動物膠的制備及性能研究

摘 要：為有效解決壁畫修復常用膠水存在耐水性差、易受侵蝕等問題。研究針對當前我國常見壁畫修復用膠水存在的性能缺陷，制備了一種專用于壁畫修復的動物膠，該動物膠由牛皮等材料制成，具有無毒、耐腐蝕、兼容性強的優(yōu)勢。針對該動物膠的粘接性能進行分析，結(jié)果表明，與幾種常見壁畫修復用膠相比，本文制備動物膠的黏度、表面張力、粘接強度等綜合粘接性能較為優(yōu)秀；當牛皮膠質(zhì)量占膠水總質(zhì)量的2.5%時，膠水的光澤度表現(xiàn)顯著優(yōu)于其他膠水。

關鍵詞：壁畫修復；動物膠；明膠；粘接強度

中圖分類號：TQ431+⑨ 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2024）10-0016-04

Preparation and performance study of animal glue for mural restoration

CHEN Lin

（Xianyang Normal University，Xianyang 712000，Shaanxi China）

Abstract：In order to effectively solve the problems of poor water resistance and easy erosion of commonly usedglues in mural restoration. In view of the performance defects of the common mural restoration glue in China，an ani?mal glue specially prepared for mural restoration was prepared，which was made of cowhide and other materials，which had the advantages of non-toxic，corrosion resistance and strong compatibility. The adhesive properties of theanimal glue were analyzed，and the results showed that compared with several common adhesives for mural restora?tion，the comprehensive adhesive properties of the animal glue prepared in this paper were excellent，such as viscos?ity，surface tension and adhesive strength. When the weight of cowhide glue accounted for 2.5% of the total weightof glue，the gloss performance of glue was significantly better than that of other glues.

Key words：mural restoration；animal glue；gelatin；bond strength

壁畫修復常用的材料包括魚鰾膠、桃膠等動植物膠，還包括聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛等高分子膠。壁畫修復人員在對壁畫進行修復時，需要借助這些材料將破損的壁畫一點點粘回去，如果一次修復完成后粘接效果不理想，重新進行修復往往會對壁畫造成巨大的損壞[1-2]。因此，壁畫修復對所用膠水的綜合性能要求極高，不僅需要膠水具有良好的粘接強度，還要求長時間保存環(huán)境下具有良好的水漆透過性、滲透性等。本文以牛皮膠、丙三醇、環(huán)糊精等為原材料制作出一種專門針對傳統(tǒng)壁畫的修復材料，以明膠、魚鰾膠、聚乙烯醇為對比對象，對該動物膠的粘接性能進行分析，旨在為我國壁畫修復工作開發(fā)綜合性能更好的粘接材料。

1實驗材料與方法

1. 1實驗材料與設備

1. 1. 1實驗材料

表1所示為本次分析所需實驗材料基本信息。

其中，NaOH作為催化劑主要作用在于促進動物膠的水解，保證動物膠在低溫環(huán)境下不會出現(xiàn)凝膠現(xiàn)象[3]；丙三醇等分析純用于提升牛皮膠的粘接性能等；澄板土等主要用于制備模仿壁畫的試塊[4]；明膠、魚鰾膠和聚乙烯醇為對比用膠水。

1. 1. 2實驗設備

本次實驗需要用到的實驗設備主要包括用于牛皮膠制備的四口瓶；GZ120S懸臂式恒速強力動攪拌機，常州市億能實驗儀器廠；XPR106DUHQ/AC分析天平，梅特勒托利多集團；Nicolet iN10 MX顯微紅外成像光譜儀，賽默飛世爾科技公司；NDJ-5S旋轉(zhuǎn)黏度計，上海精密儀器儀表公司；DCAT自動界面張力儀，德國德飛；OCA25接觸角測量儀，德國德飛；DP-SMN60-C小孔曲面型光澤度儀，北京亞歐德鵬科技有限公司；MN100通用色差儀，天津市其立科技有限公司；WDW-S10E電子萬能試驗機，上海精密儀器儀表公司。1. 2實驗方法

1. 2. 1動物膠制備

壁畫修復用動物膠的制備共包括3個主要步驟和若干小步驟。第1步，將一定量的水和動物皮顆粒加入三口燒瓶中，對三口燒瓶進行加熱保證溶脹時間0.5 h；第2步，在熱熔完成后的四口瓶中加入一定量的0.1 mol/L NaOH溶液進行堿解，再次對四口瓶進行加熱并使用懸臂式恒速強力電動攪拌機攪拌0.5 h；第3步，保持溫度為230℃左右，在四口瓶中加入丙三醇等改性劑，經(jīng)過充分攪拌后加入環(huán)糊精，冷卻以后得到黃褐色粘稠狀液體即可。

1. 2. 2仿壁畫試塊制備

本文制備的仿壁畫試塊主要模仿莫高窟壁畫。該試塊的制作主要包含粗泥層、細泥層、底色層和顏料層等。繪制底色層和顏料層所使用的顏色以礦物顏料為主，盡可能模仿我國傳統(tǒng)壁畫所使用的材料；壁畫地仗層使用的泥層為粗泥層，土沙比約為16?9，麥草占粗泥層重質(zhì)量的3%左右；壁畫層使用的泥層為細泥層，土沙比約為16?9，麻占粗泥層重質(zhì)量的

1.5%左右[5]。

1. 2. 3動物膠粘接性能分析

動物膠粘接性能的分析主要包含了黏度、表面張力、接觸角、水汽透過率、光澤度、粘接強度6項。

黏度可以直接影響動物膠再壁畫上的鋪展效率，通常黏度越大動物膠越不容易再壁畫上鋪展，粘接面通常僅局限于較淺層，粘接效果越不理想[6-8]。

表面張力可以直接影響動物膠的滲透性，一般表面張力越大則膠水的滲透性越弱，擴散性也越差，粘接效果也越差[9-10]。

接觸角可以反映膠水作用于壁畫以后壁畫表面的憎水性，接觸角越大則一般膠層的憎水性越強。

通常其水汽透過率越穩(wěn)定，則試塊內(nèi)部平衡性越強，試塊各層次的綜合穩(wěn)定性越強[11]。試塊的水汽透過率，其計算公式為：

水汽透過率=

光澤度主要反映膠水刷涂前后壁畫試塊表面光澤變化情況。通常良好的膠水都不會對壁畫試塊的表面光澤度形成明顯影響，凡是過度影響壁畫試塊表面光澤度的膠水質(zhì)量都不可靠。

粘接強度可以直接反映膠水的粘接效果。

2結(jié)果與分析

2 .1黏度

在26℃環(huán)境下，對刷涂質(zhì)量分數(shù)為1.5%、2.5%、3.5%、4.5%牛皮膠、明膠、魚鰾膠、聚乙烯醇的壁畫試塊黏度進行測試，得到表2所示的對比結(jié)果。

由表2可知，這4種膠水的黏度均會隨膠水質(zhì)量分數(shù)的提升而提升。質(zhì)量分數(shù)4.5%較1.5%變化幅度最大的膠水為聚乙烯醇，增幅達到104.2%；變化幅度最小的膠水為牛皮膠，增幅比例為43.8%。從這一對比結(jié)果來看，牛皮膠的黏度穩(wěn)定性最好，不會因為質(zhì)量分數(shù)的提升而形成非常明顯的變化。

顯然，本文制備的牛皮膠在黏度方面較明膠和聚乙烯醇而言具有很大優(yōu)勢；但一旦膠水中有效成分質(zhì)量占比超過3.5%，牛皮膠與魚鰾膠相比黏度更大，鋪展效率和綜合刷涂效果會存在一定差距。

2. 2表面張力

在26℃環(huán)境下對刷涂質(zhì)量分數(shù)為1.5%、2.5%、3.5%、4.5%牛皮膠、明膠、魚鰾膠、聚乙烯醇的壁畫試塊表面張力進行測試，得到表3所示的對比結(jié)果。

由表3可知，魚鰾膠在1.5%、2.5%、3.5%條件下的表面張力均為4組中最低，僅當質(zhì)量分數(shù)為4.5%時略高于牛皮膠；本文制備的牛皮膠表面張力除1.5%、2.5%、3.5%情況下略高于魚鰾膠外，較明膠和聚乙烯醇具有明顯優(yōu)勢。膠層表面張力越大通常意味著膠水的滲透能力越弱[12-13]。顯然，本文制備的牛皮膠在刷涂于壁畫試件后的滲透能力明顯優(yōu)于明膠和聚乙烯醇，略弱于魚鰾膠。

2. 3接觸角

在26℃環(huán)境下對刷涂質(zhì)量分數(shù)為1.5%、2.5%、3.5%、4.5%牛皮膠、明膠、魚鰾膠、聚乙烯醇的壁畫試塊接觸角進行測試，得到表4所示的對比結(jié)果。

由表4可知，只有魚鰾膠的接觸角低于90°，其余3組接觸角均大于90°。顯然，這4組膠水中只有魚鰾膠為親水性膠水，其余3組均為疏水性膠水。從牛皮膠與明膠、聚乙烯醇的對比來看，牛皮膠膠層接觸角明顯更低，表明牛皮膠的憎水性較另外2種膠水而言更差。但考慮到接觸角已經(jīng)超過100°，這種劣勢帶來的憎水性差異可能并不會特別明顯。

2. 4水汽透過率

水汽透過率是對膠水憎水性能力的另一作證。在26℃環(huán)境下對刷涂質(zhì)量分數(shù)為1.5%、2.5%、3.5%、4.5%牛皮膠、明膠、魚鰾膠、聚乙烯醇的壁畫試塊水汽透過率進行測試，得到表5所示的對比結(jié)果。

由表5可知，牛皮膠的水汽透過率在4組中始終處于中間位置，不論質(zhì)量分數(shù)為多少，牛皮膠的水漆透過率始終不會在4組膠水中排序最高或最低。這與牛皮膠水汽透過率隨質(zhì)量分數(shù)變化而呈現(xiàn)的波動情況相比似乎存在矛盾。但僅從本文的分析中無法得到形成這種矛盾的原因。

2. 5光澤度

本文所述光澤度指標實際為刷涂膠水前后壁畫試件表面光澤度差值的絕對值，差值波動越小則表示膠水對壁畫表面光澤度的影響越低。表6所示為26℃環(huán)境下對刷涂質(zhì)量分數(shù)為1.5%、2.5%、3.5%、4.5%牛皮膠、明膠、魚鰾膠、聚乙烯醇前后壁畫試件光澤度差值對比情況。

由表6可知，魚鰾膠光澤度差值始終穩(wěn)定在0.2，較明膠和聚乙烯醇而言具有顯著優(yōu)勢；較牛皮膠而言，在質(zhì)量分數(shù)為1.5%具有一定優(yōu)勢，在質(zhì)量分數(shù)為2.5%時存在一定劣勢，在質(zhì)量分數(shù)為3.5%和4.5%時沒有差別。可見，當質(zhì)量分數(shù)為2.5%時本文制備的牛皮膠最能保證壁畫的表面光澤度不發(fā)生明顯變化。

2. 6粘接強度

在26℃環(huán)境下對刷涂質(zhì)量分數(shù)為1.5%、2.5%、3.5%、4.5%牛皮膠、明膠、魚鰾膠、聚乙烯醇壁畫試件粘接強度進行測試，4組膠水粘接強度對比情況如表7所示。

由表7可知，不同膠水之間的粘接強度差異極為明顯。聚乙烯醇這種高分子材料教育在粘接強度方面表現(xiàn)出明顯優(yōu)于其他3組膠水的優(yōu)勢，不論質(zhì)量分數(shù)為多少，其粘接強度均為其余膠水的1.47倍以上，尤其當質(zhì)量分數(shù)為1.5%時，聚乙烯醇的粘接強度分別是牛皮膠等膠水的2.56、2.3、4.6倍；其余3組膠水中，牛皮膠的粘接強度較另外2組膠水更具優(yōu)勢，尤其當質(zhì)量分數(shù)超過3.5%以后，這種優(yōu)勢越來越明顯；魚鰾膠的粘接強度為4組膠水中最低，這種傳統(tǒng)的壁畫粘接材料盡管在其余指標中具有一定優(yōu)勢，但在粘接強度方面已經(jīng)無法與現(xiàn)代膠水相比。

3結(jié)語

（1）牛皮膠在黏度指標方面較魚鰾膠而言略弱，但優(yōu)于明膠和聚乙烯醇。受膠水黏度的影響，牛皮膠刷涂于壁畫試塊時的鋪展效率略弱于魚鰾膠，但優(yōu)于另外兩種現(xiàn)代壁畫粘接材料。牛皮膠表面張力表現(xiàn)同樣略差于魚鰾膠但同樣優(yōu)于另外2種膠水。表明在刷涂牛皮膠后試件后膠層的滲透能力明顯優(yōu)于明膠和聚乙烯醇，略弱于魚鰾膠；

（2）從接觸角指標來看，魚鰾膠形成的接觸角低于90°表現(xiàn)為親水性，而另外3種膠水均為憎水性。顯然，魚鰾膠的應用場景通常僅局限于某些干燥、缺水的環(huán)境，一旦周圍環(huán)境較為濕潤則只能使用本文制備的牛皮膠或明膠等現(xiàn)代粘接材料；

（3）從刷涂前后光澤度差值絕對值來看，當牛皮膠中粘接成分質(zhì)量分數(shù)為2.5%時光澤度絕對值為所有膠水中最低且優(yōu)于魚鰾膠。表明此時牛皮膠對壁畫表面光澤度的影響為所有膠水中最小；

（4）從粘接強度對比來看，牛皮膠的粘接強度綜合表現(xiàn)較聚乙烯醇差但優(yōu)于另外2組膠水，而魚鰾膠的粘接強度表現(xiàn)最差。

綜合來看，本文制備的牛皮膠綜合表現(xiàn)較為優(yōu)異，較目前壁畫修復最常用的魚鰾膠而言，盡管在黏度和表面張力方面存在一定差異，但這種差異較小；當質(zhì)量分數(shù)為2.5%時在光澤度差值方面存在一定優(yōu)勢；在接觸角、粘接強度方面則存在明顯優(yōu)勢。

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