大同市博物館館藏金代壁畫表層膠料過度聚集的去除研究

裴繼芬

【摘 要】大同市博物館館藏云大金代墓壁畫的現(xiàn)存狀況存在一些問題，須對(duì)其表面膠膜的揭取進(jìn)行研究，尋找較好的解決辦法。云大金代墓壁畫于1988年1月被揭取，當(dāng)時(shí)施工緊急，北方地區(qū)正處于最寒冷階段。該批壁畫在后期出現(xiàn)嚴(yán)重的空鼓、起翹、酥粉現(xiàn)象。該批壁畫已經(jīng)過保護(hù)修復(fù)，但仍有大量的膠膜殘留在表面，既影響其藝術(shù)美感又存在較大的負(fù)面影響，所以須尋找一種較好的辦法將其去除。

【關(guān)鍵詞】壁畫 膠膜 揭取

一、表層膠膜的物質(zhì)分析

（一）膠膜成分鑒定：

我們對(duì)其進(jìn)行局部實(shí)驗(yàn)，選用丙酮、乙醇、丙酮+乙醇（1：1）、熱水四種溶劑對(duì)其軟化。幾分鐘后觀察顯示：熱水浸濕處膠膜發(fā)生了溶脹現(xiàn)象，其他均未發(fā)生任何變化。

認(rèn)定該壁畫的表層膠膜可能含有聚乙烯醇。壁畫的揭取多采用ParaloridB-72加固，桃膠貼布，在20世紀(jì)80年代采用聚乙烯醇縮丁醛進(jìn)行加固、聚乙烯醇貼布較盛行。由于聚乙烯醇幾乎不溶于有機(jī)溶劑，但溶于水且水溫越高溶解度越大，所以經(jīng)熱水浸濕后，只會(huì)發(fā)生溶脹而不會(huì)被溶解。而桃膠經(jīng)過熱水浸濕后，完全溶解，最后經(jīng)紅外光譜進(jìn)行確認(rèn)。

（二）聚乙烯醇（PVA）

1932年，歐洲的G·L·STOUT和R·J·GETTENS等人就開始將PVA應(yīng)用于壁畫、塑像等藝術(shù)品的保護(hù)當(dāng)中[1]，直至20世紀(jì)50年代至60年代將其應(yīng)用于壁畫保護(hù)方面已取得了很多的成果。印度、希臘、波蘭等國，考古和保護(hù)學(xué)家們?cè)趯?duì)現(xiàn)存和發(fā)掘出的大量各類壁畫的加固、修復(fù)中，廣泛使用了這兩類高分子材料，對(duì)其保護(hù)效果也有很多積極的評(píng)價(jià)，但消極的評(píng)價(jià)也一直存在[2]。

1.聚乙烯醇（PVA）的物理、化學(xué)性質(zhì)

聚乙烯醇（PVA）分子式：

PVA 溶液具有較好的成膜性，溶劑揮發(fā)后形成的膜無色透明、強(qiáng)度高，質(zhì)地柔軟、耐磨性好。由于聚乙烯醇的單體不穩(wěn)定，可通過聚醋酸乙烯水解得到。水解后殘存醋酸根大于5%能溶解于常溫水中，少于5%不能溶解于冷水中，但溶于65℃～70℃的熱水中；當(dāng)殘存醋酸根小于0. 5%時(shí)，只能溶于90℃的熱水中且PVA 水溶液不易受菌類、霉類的破壞[3]，有良好的滲透性、耐老化性、穩(wěn)定性、耐光性，不與壁畫材料發(fā)生任何反應(yīng)，對(duì)壁畫無污染，不改變文物外觀且具有好的相容性。

2.聚乙烯醇（PVA）的溶解方法

將PVA與適量蒸餾水混合，浸泡至在水中完全分散開，再放入80℃恒溫水浴中不斷攪拌至完全溶解[4]。

二、實(shí)驗(yàn)部分

實(shí)驗(yàn)儀器：JJ-1精密定時(shí)電動(dòng)攪拌器、 TA2003電子天平、HHS-2S電子恒溫不銹鋼水浴鍋、型號(hào)SW-CJ-1F單人雙面凈化工作臺(tái)、101型電熱鼓風(fēng)干燥箱、ZB-A色度儀、實(shí)驗(yàn)室高端超純水制造系統(tǒng)、秒表。

實(shí)驗(yàn)試劑、工具、材料：聚乙烯醇、蒸餾水、桃膠、聚乙烯醇縮丁醛、草酸、鑷子、手術(shù)刀、燒杯、玻璃棒、毛刷；無機(jī)顏料、脫脂棉、宣紙、紗布、棉毛巾、薄膜。

（一）膠膜壁畫模擬試塊的制作：

1.模擬壁畫的制作

將泥土、沙子、麻刀混合，抹平，晾干；將石灰、水、麻刀和少量膠混合，抹在泥層表面為白灰層，晾干；將顏料、植物膠（桃膠）水混合，刷在白灰層表面作為顏料層。

2.膠液的制備

稱取PVA6g，緩慢加入含有194ml超純水的燒杯，浸泡2小時(shí)，且間隔攪拌，待PVA顆粒在水中充分分散、溶脹后，放入80℃恒溫水浴鍋且不斷攪拌1. 5小時(shí)，完全溶解。將制備的溶液放入錐形瓶中靜置脫泡。

3.膠膜壁畫實(shí)驗(yàn)?zāi)K的制作

將聚乙烯醇縮丁醛溶液濃度由低到高分別均勻噴涂在壁畫模塊上，待膠液完全滲透再進(jìn)行下次操作，再將聚乙烯醇溶液均勻噴涂。室內(nèi)溫度-2℃～-6℃，濕度80%左右，膠液在顏料層表面較多聚集。

（二）膠膜溶脹度的測(cè)定

1.膠膜的制備

取一定量上述制備好的膠液，均勻倒在干凈的玻璃板一端，用刮刀刮成一定厚度，晾干，再放入35℃的恒溫干燥箱內(nèi)3小時(shí)，再晾干。

2.溶脹度的測(cè)定

溶脹度是指聚合物分子吸附溶劑分子達(dá)到溶脹平衡時(shí)，溶脹后的體積與未溶脹前的體積的比值。

將PVA膜裁剪適當(dāng)大小若干，用分析天平稱量膜的重量為M，浸入超純水一定時(shí)間取出，將表面殘留的蒸餾水迅速擦拭稱重為M0。[5]溶脹度如下式所示：Dg=（M0-M）/M×100%

圖1為不同溫度下，膜的溶脹度隨浸泡時(shí)間的變化關(guān)系?？梢钥闯觯弘S著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，溫度的升高，溶脹度逐漸增大，只是增大的程度明顯不同。溫度升高，聚合物鏈結(jié)間的活動(dòng)性增強(qiáng)，自由體積增大，滲透物分子的活動(dòng)性也增強(qiáng)，最終導(dǎo)致膜的溶脹度增大。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，膜中吸附溶解的水液量逐漸增大，最終達(dá)到溶脹平衡。由于溫度、水分對(duì)壁畫都存在一定的負(fù)面影響，所以我們通過對(duì)膠膜的溶脹度進(jìn)行測(cè)試尋找出膠膜發(fā)生溶脹的較適宜溫度和時(shí)間條件，能夠在接觸較短的時(shí)間、水溫較低的條件下盡可能使膠膜發(fā)生溶脹，利于膠膜揭取，同時(shí)對(duì)壁畫自身的負(fù)面影響盡量降至最低。再結(jié)合壁畫保存的最適宜條件，選擇水溫在45℃左右，浸泡3～6分鐘為最適宜條件。

3.膠膜紅外數(shù)據(jù)測(cè)試

由圖2所示：圖中A為原始壁畫揭取的膠膜，B為紫外光老化后模擬壁畫揭取的膠膜，C代表膠液制成的膠膜。A、B比較，某些區(qū)段A出現(xiàn)了峰值，因?yàn)楸诋嬙诒Ｗo(hù)修復(fù)中使用Primal SF-016加固，可能為丙烯酸樹脂的某些基團(tuán)峰值。B、C比較，吸收峰位置沒有明顯變化，表明紫外光老化對(duì)其化學(xué)結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生明顯改變。

4.色差測(cè)試

色差是從微觀上表示顏色的變化程度，即色調(diào)、飽和度和亮度三者綜合的差異。計(jì)算公式如下：△E=[（△L*）2+（△a*）2+（△b*）2]1/2，△E值越大，色差值越大。在按照△E值來判斷顏色的變化時(shí)可將△E分為5個(gè)等級(jí)[6]：

1級(jí)為大變化，△E≧12；

2級(jí)為明顯變化，6≦△E<12；

3級(jí)為可感變化，3≦△E<6；

4級(jí)為微小變化，1≦△E<3；

5級(jí)為極微變化，△E<1；

對(duì)壁畫模擬實(shí)驗(yàn)塊與模擬表層聚集膠膜的壁畫實(shí)驗(yàn)塊的色度數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，即進(jìn)行色差測(cè)試來觀察膠膜的形成對(duì)壁畫顏料層顏色的改變。分別測(cè)量了8個(gè)實(shí)驗(yàn)塊的色度數(shù)據(jù)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)塊選取一個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)測(cè)量三次，三次數(shù)據(jù)的平均值確定點(diǎn)的色度數(shù)據(jù)[7]，色度測(cè)量結(jié)果與色差值顯示如下（見表1） ：

結(jié)果顯示：顏料層表面膠膜形成前后的8組實(shí)驗(yàn)塊的色度數(shù)據(jù)顯示，△L、△a、△b三個(gè)數(shù)值為負(fù)，即表現(xiàn)為顏色整體偏暗、少紅、少黃。膠膜主要成分為聚乙烯醇，含有少量加固過程中未完全滲透的聚乙烯醇縮丁醛，兩者成膜后無色透明，但顏料層亮度仍明顯變低，色差平均值是3.41即3級(jí)可感變化，表明膠膜（注：整個(gè)圖譜峰值偏低可能因透過率較低導(dǎo)致）的存在對(duì)顏料層有一定的影響。

膠膜形成后在15W紫外燈下距離20cm光照一個(gè)月，進(jìn)行紫外光老化，明顯看出顏色發(fā)暗且膠膜局部起泡即顏料層部分分離，肉眼已明顯看出。膠膜的存在嚴(yán)重影響壁畫的藝術(shù)美感和欣賞價(jià)值。

5.附著力測(cè)試

漆膜附著力是指漆膜與被附著物體表面通過物理和化學(xué)作用結(jié)合在一起的監(jiān)牢程度[8]。按《漆膜附著力測(cè)定法》（GB1720-79（89））測(cè)試漆膜附著力，附著力分為6個(gè)等級(jí)，如圖所示：

。

0級(jí) 1級(jí) 2級(jí) 3級(jí) 4級(jí) 5級(jí)

表層聚集膠膜的壁畫模擬試塊先紫外光照老化兩周后測(cè)試，再繼續(xù)老化四周后測(cè)試。光老化后對(duì)壁畫的支撐體進(jìn)行弱酸腐蝕老化以便降低支撐體強(qiáng)度，先用超純水滲透再加3%的草酸一次后晾干，測(cè)試，再重復(fù)上述操作一次。附著力等級(jí)越高表明老化強(qiáng)度越大，顏料層與地仗層間的粘接力越小，與原壁畫的狀況越接近。

漆膜附著力測(cè)試結(jié)果如表2-3 所示：

三、材料的選擇

（一）材料的制作

選用吸水性較好的以下幾種材料進(jìn)行對(duì)比。

紙漿的制作：將準(zhǔn)備好的宣紙手撕成碎片，越小越好，然后倒入蒸餾水將碎紙片完全淹沒，浸泡一段時(shí)間，用長(zhǎng)刀刃的抹刀進(jìn)行攪拌，將碎紙片攪拌至漿糊狀為止，自然晾干備用。

純棉毛巾、脫脂棉、棉紗布：裁剪成3. 5×5cm大小，厚度約0. 5cm的塊狀備用。

（二）材料的吸水量

將材料裁剪成3×3cm等大小的塊狀，干燥時(shí)稱量質(zhì)量為M，用鑷子夾取材料放入盛水的燒杯中，至飽和狀態(tài)，迅速取出，在燒杯邊輕磕至不滴水狀態(tài)，稱量為M0。每種材料重復(fù)操作三次，計(jì)算三次測(cè)量結(jié)果的平均值，如表4所示。比較每克材料中的吸水量X。計(jì)算公式X =（M0-M）/M×100%

由表4可以看出脫脂棉的吸水量是其他三種材料吸水量值的近4倍，同時(shí)材料達(dá)到飽和狀態(tài)的時(shí)間為脫脂棉的最短。所以選擇脫脂棉作為吸水材料較理想。

（三）操作方法

用鑷子夾取備用材料，浸入45℃的超純水，水分不宜過多，手指輕捏至不滴水狀態(tài)，將該材料平鋪在需揭取膠膜的壁畫模塊處，蓋上塑料薄膜，放置3分鐘，保持膠膜與溫水發(fā)生充分溶脹，移去薄膜和材料，觀察膠膜的變化，表層膠膜不宜過濕，水分殘存過多可用棉簽輕輕擦拭。

操作中一定要小心、謹(jǐn)慎，用尖頭鑷子尋找一處作為始入點(diǎn)，左手的手術(shù)刀柄部?jī)A斜，刀刃不與顏料層接觸，刀片與顏料層表面夾角成40°左右，適當(dāng)用力壓住需揭取處，右手用鑷子夾緊膠膜，以拇指和食指發(fā)力操作，輕輕后拉揭取。操作過程中以腕部定位，手指靈活敏捷，用力均勻、適度，利用刀刃切入顏料層與膠膜之間，從一側(cè)往另一側(cè)一刀挨著一刀循序漸進(jìn)，重復(fù)操作。該操作一定要有耐心，動(dòng)作一定要輕、慢，力度適當(dāng)。該過程一定要靈活掌握，隨時(shí)調(diào)整力度和方向。同時(shí)受其它各種條件的限制，每次操作只能小面積進(jìn)行。

以上四種材料采用以上方法分別進(jìn)行操作，脫脂棉效果最好，最為理想。

四、總結(jié)和討論

壁畫表層膠料聚集同時(shí)經(jīng)過多年的自然老化，導(dǎo)致壁畫大部分膠膜與顏料層間的粘接強(qiáng)度遠(yuǎn)大于顏料層與地仗層間的粘接強(qiáng)度所以此種狀況下我們采用先加固后揭取的步驟進(jìn)行表面膠膜揭取。

1.膠膜成分PVA只會(huì)在水中發(fā)生溶脹而不能溶解。溶解需要高溫下不斷攪拌。通過改變溫度和浸泡時(shí)間對(duì)膠膜的溶脹度測(cè)試選擇較適宜的條件。

2.溫度和水分（濕度）對(duì)壁畫的負(fù)面影響毋庸置疑。溫濕度變化直接引發(fā)多種病害，其最明顯的有壁畫顏料變色、酥堿、起翹和膠料老化等。壁畫保存溫度18℃～24℃，濕度50%～60%，揭取水溫選擇在45℃左右，浸泡3～6分鐘為最適宜條件，材料選用醫(yī)用脫脂棉。

3.通過色差測(cè)試得出膠膜的存在為可感變化，再經(jīng)長(zhǎng)久老化后非常明顯，表明嚴(yán)重影響其藝術(shù)美感和欣賞價(jià)值。同時(shí)受溫濕度的影響會(huì)對(duì)壁畫有較大的負(fù)面作用。

4.操作過程一定要小心謹(jǐn)慎，動(dòng)作輕且慢，找準(zhǔn)切入點(diǎn)逐步進(jìn)行，要有耐心，用力適當(dāng)最為關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)：

[1]G.L.STOUT.R.J.GETTENS.Transport des fresques orientales sur de nouveaux support [J]. Mouseion，1932，17-18.

[2]Marxen-Wolska，E.Polyvinyl acetate in the conservation of the wall paintings[C].Science，technology and European cultural heritage：proceedings of the European symposium.Bologna， Italy，13-16 June ，1989.

[3]李芬蘭.水溶性粘合劑的研究[J].河南科技，1987，（7）.

[4]李正西.聚乙烯醇的性質(zhì)及應(yīng)用[M].1990，（1）：42-42.

[5]李春利，薩沙.戊二醛交聯(lián)聚乙烯醇膜在醇/水介質(zhì)中溶脹性能的研究[J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，（6）：35-38.

[6]徐方圓，解玉林，吳來明.文物保存環(huán)境中溫濕度研究[J]文物保護(hù)與考古科學(xué)，2009.

[7]馬贊峰，青木繁夫，犬竹和.敦煌莫高窟壁畫地仗修補(bǔ)材料篩選[J].敦煌研究，2007，（5）：22-27.

[8]鄭國娟.漆膜附著力及其測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)[J].標(biāo)準(zhǔn)評(píng)介，2003，（5）：23-24.