高分子材料應(yīng)用于莫高窟壁畫保護的歷史、現(xiàn)狀與研究

蘇伯民　張化冰　談翔　張瑞

內(nèi)容摘要：選用具有適宜黏結(jié)作用的高分子材料和科學(xué)的壁畫修復(fù)工藝，是修復(fù)保護莫高窟壁畫最關(guān)鍵的兩個技術(shù)要素。敦煌研究院自20世紀50年代起，就開始了起甲壁畫修復(fù)材料的試驗性工作，先后選擇卡塞因膠（酪素膠）、天然動植物膠、聚醋酸乙烯酯類、乙基纖維素、丙烯酸酯類、乙烯基酯-丙烯酸酯共聚類、有機硅改性丙烯酸酯類等多種材料，分別進行了莫高窟壁畫的修復(fù)試驗。修復(fù)工作和實踐證明，聚醋酸乙烯酯乳液（白乳膠）、丙烯酸及有機硅丙烯酸乳液和明膠三類是最適合莫高窟壁畫修復(fù)的材料。莫高窟已修復(fù)的洞窟壁畫已經(jīng)歷了數(shù)十年的自然環(huán)境考驗，至今修復(fù)后的壁畫狀況穩(wěn)定。但由于同種分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)材料來源不同，一些材料雖組成成分相同，但不同廠家的加工工藝和次要成分配比也不盡相同，因此需在實驗室內(nèi)建立材料的評價方法，對各種不同來源的材料進行實驗室評價和考察，以保證和提高壁畫修復(fù)工作的科學(xué)性和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：敦煌壁畫；保護材料；歷史；研究

中圖分類號：K854.3 文獻標識碼：A 文章編號：1000-4106（2018）01-0080-05

The History，Research Findings，and Current Condition of

Polymeric Materials Used in the Conservation of Murals

in the Dunhuang Mogao Grottoes

SU Bomin1，2 ZHANG Huabing1，2 TAN Xiang1，2 ZHANG Rui1，2

（1. Conservation Institute， Dunhuang Academy， Dunhuang， Gansu 736200；

2. National Research Center for the Conservation of Ancient Murals and Earthen Sites，

Dunhuang， Gansu 736200）

Abstract： Choosing polymeric materials with appropriate adhesion properties and treatment uses are the key considerations for conserving murals at the Mogao Grottoes. Since 1950， many natural and synthetic materials have been tested： KAZAINA Glue（which may be the same as“Casein Glue”）， animal and vegetable glue， Polyvinyl Acetate Emulsion， Polyvinyl Alcohol， Polyvinyl Butyral， Ethylene Cellulose， Polymethyl Methacrylate， Styrene-Acrylic Emulsion， Vinyl Acetate-Acrylic Emulsion， Vinyl Acetate-Dibutyl Maleate Emulsion， Gelatin， and Acrylic and Silicon Modified Acrylic Emulsions. Based on decades of in situ restoration work and practice， this research finds that Polyvinyl Acetate Emulsion， Acrylic and Silicon Modified Acrylic Emulsion and Gelatin are the most suitable materials for these particular cave murals. The murals at Mogao protected with these polymeric materials have remained in good condition for decades in the open air of the natural environmentin which they were painted. Due to differences in chemical structure， composition， and product formula， the authors believe it is necessary to set up a systemic and scientific procedure by which to evaluate and assess mural conservation materials made or procured from different sources， so as to guarantee and improve the effectiveness and quality of mural conservation.

Keywords： Dunhuang murals； conservation materials； history； research

1 莫高窟壁畫保護材料篩選歷史

20世紀50年代初，敦煌文物研究所（敦煌研究院前身）逐步開始了針對石窟、壁畫、泥塑的修復(fù)工作。1957年，捷克壁畫修復(fù)專家約瑟夫·格拉爾來到莫高窟，用他帶來的西方濕壁畫常用的修復(fù)材料在莫高窟第474窟佛龕右側(cè)北壁做了洞窟壁畫的現(xiàn)場修復(fù)試驗[1-2]（圖1），試驗采用醫(yī)用注射器的方法將膠結(jié)材料均勻注射到起甲壁畫的背面，把起翹開裂的壁畫重新回貼到壁畫粉層或地仗層表面，起到加固壁畫的作用。該種方法至今仍是莫高窟修復(fù)起甲壁畫的主要工藝。但此次試驗所采用卡塞因膠，為外文譯音，我們對照譯名，判斷所使用的膠結(jié)材料可能為酪素膠，其英文為Casein Glue。資料表明，酪素膠是以動物乳汁中的含磷蛋白為基體的動物膠黏劑。采用自然發(fā)酵法、加酸凝固法或凝乳素法制得酪蛋白，再與碳酸鈉、硅酸鈉、硼砂、氨水、磷酸鈉、消石灰等配制而成，用于木材、織物、紙張、陶瓷等的膠接，是一種較為常見的膠結(jié)材料。

但此次試驗并未獲得理想的修復(fù)效果，分析其主要原因可能為東西方在制作材料、工藝上有很大差異，且所采用的酪素膠吸濕性強且容易變質(zhì)，在泥質(zhì)地仗上滲透性差，干燥后所形成的膠膜性質(zhì)硬脆，延展性差且易開裂，黏結(jié)后的顏料層干燥后有二次起甲的現(xiàn)象。從壁畫修復(fù)的效果來看，可能此次修復(fù)用膠濃度較大，在壁畫表面留下了多條褐色的膠質(zhì)流痕，影響壁畫藝術(shù)觀感效果。但此次試驗對莫高窟壁畫修復(fù)具有開創(chuàng)性意義，首次采用的注射修復(fù)工藝和膠黏劑來修復(fù)起甲壁畫，確定了未來莫高窟修復(fù)起甲壁畫的基本工藝。

之后，承擔(dān)壁畫修復(fù)工作的敦煌文物研究所的李云鶴先生不斷實踐，使用敦煌文物研究所美術(shù)組臨摹壁畫調(diào)制顏料所用的廣膠、鹿膠、龍須膠、魚鰾膠、桃膠等天然動植物膠，在第130窟進行小面積修復(fù)試驗[3]。

試驗發(fā)現(xiàn)，以上幾種材料在干燥過程中都有收縮，對起甲顏料層的黏結(jié)力弱，某些壁畫部位在修復(fù)后會出現(xiàn)二次起甲，甚至脫落；從材料本身性質(zhì)來看，這些動植物膠結(jié)材料本身就是微生物的營養(yǎng)基，潮濕情況下易發(fā)霉變質(zhì)，因此不適宜做壁畫的修復(fù)材料。

1962年，中國文物保護科學(xué)技術(shù)研究所（中國文化遺產(chǎn)研究院前身）胡繼高先生和敦煌文物研究所李云鶴先生合作，分別選用了聚醋酸乙烯酯乳液（Polyvinyl Acetate Emulsion）、聚乙烯醇溶液（Polyvinyl Alcohol）、聚乙烯醇縮丁醛（Polyvinyl Butyral）、乙基纖維素（Ethylene Cellulose）、聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethyl Methacrylate）等水性和油性合成高分子材料，嘗試對莫高窟第161窟起甲、脫落和酥堿的壁畫進行修復(fù)[1，4，5]。試驗結(jié)果表明，以水作為溶劑的聚醋酸乙烯酯乳液、聚乙烯醇溶液，對以無機質(zhì)為主、微觀結(jié)構(gòu)多孔疏松的敦煌壁畫的地仗、粉層、顏料層具有良好的層間黏結(jié)力，其兼容性更佳。單獨或以不同比例混合的兩種材料，對片狀起甲顏料具有良好的軟化、黏結(jié)、滲透和加固作用，且材料具有操作性（黏度適宜）良好、成膜質(zhì)地柔軟、對礦物質(zhì)顏料惰性、施用后壁畫表面無眩光、耐候性良好等特點（圖2）。

由此，前述材料和方法得到推廣，修復(fù)了大量瀕危的莫高窟起甲、酥堿、脫落壁畫和泥塑，對石窟保護起到了重要作用。修復(fù)的重要洞窟有莫高窟第45、55、71、85、98、159、268、285、431等。

此外，1980年前后，敦煌文物研究所和化工部涂料工業(yè)研究所還合作研究，嘗試采用苯乙烯—丙烯酸酯乳液、乙酸乙烯酯—丙烯酸酯乳液、乙酸乙烯酯—順丁烯二酸二丁酯乳液等作為修復(fù)材料，但前兩種材料容易膠化，修復(fù)試驗效果不好，后續(xù)工作未能繼續(xù)展開[4]。

1997年，敦煌研究院和美國蓋蒂研究所合作開展莫高窟第85窟壁畫修復(fù)項目。在篩選修復(fù)材料時，引入了“盡量采用與制作壁畫時所用原始膠結(jié)材料相同”的理念，采用明膠（Gelatin）作為壁畫的修復(fù)材料（圖3）[3，6]，并開展了一系列實驗室評價試驗。結(jié)果證明，該材料無色、無味、無毒無腐蝕、無眩光、透明度高、透氣性好，具有一定的黏結(jié)性，適合壁畫修復(fù)。

2003年，敦煌研究院承擔(dān)了西藏壁畫的保護修復(fù)工作。西藏壁畫的制作有其獨特工藝，即在畫面完成后，會在壁畫表面涂刷一層類似桐油或清漆的封護層。壁畫表面的清漆涂層，在光照或水的作用下老化，進而引起顏料層起甲。西藏壁畫的顏料起甲層較脆，最初的修復(fù)工藝為采用丙酮軟化、再注射聚醋酸乙烯酯的方法，但該工藝操作難度較大，丙酮軟化也會造成較薄的顏料起甲層收縮和碎裂，難以保障修復(fù)效果。

為此，2003年，敦煌研究院和甘肅知本新材料科技有限公司合作，針對西藏壁畫表面帶有涂層的特點，提出了修復(fù)材料應(yīng)具有軟化涂層顏料和回貼的功能的具體要求，經(jīng)反復(fù)篩選試驗，研究出了以有機硅和丙烯酸為主劑的新型壁畫修復(fù)材料（ZB-SE系列）。2004年，該材料在西藏薩迦寺首次進行現(xiàn)場試驗，試驗表明，所研制的有機硅和丙烯酸為主劑的壁畫修復(fù)材料可軟化帶有涂層的顏料層，并具有顏料回貼所需的黏結(jié)強度，是修復(fù)西藏起甲壁畫的理想材料。后經(jīng)進一步現(xiàn)場試驗，有機硅和丙烯酸兩種材料即可單獨使用，或按一定比例混合使用，對表面有涂層的起甲顏料層具有良好的滲透、軟化、黏結(jié)和回貼作用（圖4）[7-8]。

此外，該類材料在修復(fù)時便于操作，修復(fù)后壁畫表面無眩光，具有對顏料惰性、耐候性良好等特點[9]。之后，所研制的丙烯酸類和有機硅類壁畫修復(fù)材料（ZB-SE系列乳液）又被應(yīng)用于敦煌莫高窟第45、103、23、44、360窟和河南嵩山少林寺（白衣觀音殿）等處壁畫的保護修復(fù)中，均取得了良好效果[10-15]。

2 現(xiàn)狀和研究展望

經(jīng)過數(shù)十年壁畫修復(fù)材料的篩選、評價和研究，目前應(yīng)用于莫高窟壁畫修復(fù)的高分子材料，主要有：聚醋酸乙烯酯乳液（Polyvinyl Acetate Emulsion）、丙烯酸和有機硅丙烯酸乳液（Acrylic and Silicon Modified Acrylic Emulsion）和明膠（Gelatin）等三類。圖5是幾種合成材料的結(jié)構(gòu)簡式。

隨著保護科學(xué)的不斷發(fā)展，對應(yīng)用于壁畫保護的高分子材料的物理化學(xué)性質(zhì)、工作性質(zhì)的評價與研究，對材料介入壁畫本體后，與其各層間材料作用力（兼容性）和對各層間材料性質(zhì)的影響，材料耐老化性能的評價和老化機理研究，失效材料的可逆性去除等問題，都提出了新的要求。

2012年，圍繞莫高窟壁畫修復(fù)常用的3類5種材料，我們開展高分子類壁畫保護材料的性質(zhì)評價與研究{1}。本研究借鑒國外相關(guān)研究成果，從壁畫修復(fù)對材料的要求出發(fā)，結(jié)合高分子材料評價的一般性質(zhì)指標，將壁畫修復(fù)材料的評價指標分為兩大類，即材料本身性質(zhì)和材料修復(fù)性質(zhì)。材料本身性質(zhì)是指材料本來的物理化學(xué)參數(shù)和結(jié)構(gòu)成分等，材料修復(fù)性質(zhì)是指材料在修復(fù)時的所表現(xiàn)的各種性能，如滲透性、黏結(jié)性和耐候性等，通過結(jié)合壁畫修復(fù)對材料的具體要求，確定了兩類評價體系的主要指標和方法，具體為：

A.材料的物理化學(xué)參數(shù)：紅外分子結(jié)構(gòu)（FT-

IR）、玻璃化溫度（Tg）、分子量分布（GPC）、黏度、酸堿度、固含量等，附表列舉了我們在實驗室測得的敦煌常用5種化學(xué)材料的性質(zhì)。

B.材料修復(fù)性質(zhì)：具有水汽透過性、黏結(jié)性、滲透性、接觸角，同時具有材料作用于壁畫試塊后壁畫色度的變化、材料作用與壁畫地仗后的引起地仗土層微觀結(jié)構(gòu)變化和耐老化等。

上述評價體系可作為修復(fù)壁畫材料的評價指標，試驗所獲取的各種材料性質(zhì)能夠為壁畫修復(fù)工作提供科學(xué)依據(jù)。

3 結(jié) 論

1. 高分子材料應(yīng)用于莫高窟壁畫保護的歷史已60多年，經(jīng)過不斷篩選研究和現(xiàn)場應(yīng)用，逐漸形成了現(xiàn)在常用的3類5種材料，即聚醋酸乙烯酯乳液和聚乙烯醇類、有機硅和丙烯酸類、明膠類。

2. 對前期使用的高分子材料開展的科學(xué)調(diào)查結(jié)果，可建立莫高窟修復(fù)壁畫所用材料的基礎(chǔ)檔案， 將修復(fù)材料本身性質(zhì)和材料在具體修復(fù)時所體現(xiàn)的各種性能指標進行梳理，建立了修復(fù)材料評價指標和測試方法，可作為今后壁畫修復(fù)材料篩選評價的科學(xué)依據(jù)，提高壁畫修復(fù)工作中選擇材料的科學(xué)性。

致謝：本文在寫作過程中，敦煌研究院保護研究所壁畫修復(fù)專家李云鶴先生給予了很大幫助，在此表示衷心感謝。

參考文獻：

[1]胡繼高.文物保護科學(xué)的規(guī)律性[J].科技導(dǎo)報，2001（4）：52-55.

[2]段文杰.莫高窟保護工作進入新階段[J].敦煌研究，1988（3）：1-2.

[3]Wong L，Agnew N.The Conservation of Cave 85 at the Mogao Grottoes，Dunhuang：Development and implementation of a systematic methodology to conserve the wall paintings and sculpture[R].Los Angeles：The Getty Conservation Institute，2013.

[4]王進玉.高分子粘合劑在壁畫保護上的應(yīng)用[J].自然雜志，1987（1）：33-36.

[5]李云鶴.莫高窟壁畫修復(fù)初探[J].敦煌研究，1985（2）：174-184.

[6]樊再軒，斯蒂文·里克比，麗莎·舍克德，等.敦煌莫高窟第85窟壁畫修復(fù)技術(shù)研究[J].敦煌研究，2008 （6）：19-22.

[7]王旭東，段修業(yè)，李最雄，等.西藏薩迦寺壁畫修復(fù)現(xiàn)場試驗研究[J].敦煌研究，2005（4）：16-23.

[8]蘇伯民，蔣德強，馬想生，等.布達拉宮等處壁畫起甲原因的初步分析和修復(fù)材料的篩選[J].敦煌研究，2007（5）：

39-44.

[9]蘇伯民，張化冰，蔣德強，等.壁畫保護材料純丙乳液的性能表征[J].涂料工業(yè)，2014，44（2）：54-59.

[10]莫高窟第45窟壁畫保護竣工報告[R].敦煌：敦煌研究院保護研究所，2006.

[11]莫高窟第103窟壁畫彩塑保護修復(fù)工程竣工報告[R].敦煌：敦煌研究院保護研究所，2008.

[12]莫高窟第23窟壁畫保護修復(fù)竣工報告[R].敦煌：敦煌研究院保護研究所，2009.

[13]莫高窟第44窟壁畫保護工程竣工報告[R].敦煌：敦煌研究院保護研究所，2009.

[14]莫高窟第360窟壁畫保護修復(fù)工程竣工報告[R].敦煌：敦煌研究院保護研究所，2014.

[15]河南嵩山少林寺修復(fù)竣工報告[R].敦煌：敦煌研究院保護研究所，2005.