一種新型水溶性單體聚合－冷凍干燥聯(lián)用法在飽水木質(zhì)文物脫水定型應(yīng)用中的研究

王 飛

(浙江省博物館，浙江杭州 310013)

0 引言

人類在原始時(shí)期就開始將周圍環(huán)境中的天然材料制成各種工具和生活所需品，這不僅增強(qiáng)駕馭自然的能力，而且驅(qū)動(dòng)了人類社會(huì)文明的發(fā)展。其中，木材是人類最先使用的重要材料之一。在各類石器時(shí)代遺址中就出土了大量遠(yuǎn)古時(shí)代人類所使用的木器，如蕭山跨湖橋遺址的獨(dú)木舟、木槳等［1］;余姚河姆渡遺址的斧柄、木刀、蝶形器等［2］。這類出土木質(zhì)文物由于長期的地下埋藏，受到酸、堿、離子濃度以及微生物的腐蝕，使得木材細(xì)胞中的纖維素、半纖維素等成分降解，導(dǎo)致木材結(jié)構(gòu)逐漸疏松，強(qiáng)度降低，含水率提高，形成了飽水木質(zhì)文物。此時(shí)只能依靠水分的支撐作用才能保持原有形狀。但是，飽水木質(zhì)文物出土后若不采取任何保護(hù)措施使其水分減少，會(huì)引起木材外形尺寸的“不可逆”的收縮變形，這會(huì)使其失去了應(yīng)有文物的價(jià)值［3］。

飽水木質(zhì)文物的技術(shù)保護(hù)處理需達(dá)到“脫水”和“定型”這兩個(gè)目的:既要在保持器物原形的基礎(chǔ)上去除其中的大部分水分至其含水量對(duì)器物本身無害的范圍內(nèi)，又要通過填充劑滲入或者表面附著處理對(duì)器物進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸?。目前典型的脫水定型方法大致為以下幾?自然干燥法［4］、溶液浸漬法［5］、單體聚合法［6］、高分子浸漬法［7］、冷凍干燥法［8］等。除了自然干燥法，其他的單種方法或者多種方法聯(lián)用，主要的處理步驟都包括填充劑的滲透加固和溶劑的去除這兩個(gè)必要步驟。大部分的溶液浸漬法和單體聚合法都采用易揮發(fā)易燃的有機(jī)溶劑，例如乙醚、乙醇等，這對(duì)實(shí)際操作、物料儲(chǔ)存和安全防護(hù)要求高，同時(shí)在操作過程中對(duì)人體和環(huán)境存在一定的危害性。部分高分子浸漬法采用的水溶液體系例如聚乙二醇，由于高分子的分子量比較大，使得高分子填充劑在飽水木器中的滲透周期相對(duì)于小分子填充劑的要長。冷凍干燥法是運(yùn)用水分子冷凍以后直接升華的原理進(jìn)行脫水，可以有效地縮短脫水周期。但是該方法一般是和高分子浸漬法等方法聯(lián)用，因此，也會(huì)受高分子填充劑滲透性的影響。

本研究擬依據(jù)單體聚合法的應(yīng)用原理，選擇以水溶性單體丙烯酰胺(AM)和N－乙烯基吡咯烷酮(NVP)，將其引發(fā)聚合進(jìn)行飽水木質(zhì)文物的定型加固，同時(shí)聯(lián)用真空冷凍干燥的方法完成水分脫除的步驟，以到達(dá)在飽水木質(zhì)文物脫水定型應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)脫水定型效果好、周期短，更加環(huán)保經(jīng)濟(jì)的研究目標(biāo)。

1 實(shí)驗(yàn)樣品和方法

1.1 樣品以及化學(xué)試劑

本次研究對(duì)象是田螺山遺址、河姆渡遺址和茅山遺址的出土的3種飽水木材試樣。

采用的化學(xué)試劑如下:分析純AM均購自成都市科龍化工試劑廠;99%純度的NVP購自上海阿拉丁生化科技股份有限公司;98%純度的2，2’－偶氮雙［2－(2－咪唑 －2－基 －)丙烷］鹽酸鹽(VA－044)購自北京百靈威科技有限公司。研究中采用的水均采用10 μs以下的純凈水。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

田螺山遺址、河姆渡遺址和茅山遺址出土的飽水木材的絕對(duì)含水率通過Select－Horn型1 150℃電子控溫馬弗爐烘干稱重計(jì)算而得。聚合物的老化實(shí)驗(yàn)在DHG－9140A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中加熱完成。新型單體聚合－冷凍干燥聯(lián)用法中飽水木材的脫水步驟通過北京四環(huán)科技儀器廠有限公司生產(chǎn)的LGJ－10C四環(huán)冷凍干燥機(jī)完成。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1．3．1 木材基本性質(zhì)分析 飽水木質(zhì)文物含水率的測試，在飽水木材樣品從外表面至木材芯部3個(gè)不同位置上進(jìn)行取樣。取樣后濾紙吸取表面的自由水分，并進(jìn)行準(zhǔn)確稱量。然后將樣品放置于(103±2)℃的馬弗爐中干燥，每隔3 d進(jìn)行稱重，直至質(zhì)量變化率≤0．3%為止。將干燥恒重后的木材質(zhì)量與飽水時(shí)的質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算得到其絕對(duì)含水率和質(zhì)量變化率的結(jié)果［9］。其計(jì)算公式如式(1)和式(2)所示:

式中，w為飽水木材的絕對(duì)含水率;m0為飽水木材的初始質(zhì)量;mt為飽水木材的絕干質(zhì)量。

式中，Rx為試樣經(jīng)處理前后的質(zhì)量、尺寸等的變化率;x0為處理前的質(zhì)量、尺寸等的初始數(shù)值;xt為處理后的質(zhì)量、尺寸等的數(shù)值。

木材樹種鑒定按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16734—1997《中國主要木材名稱》中的規(guī)定對(duì)古木進(jìn)行三切面的永久切片的方法進(jìn)行制作［10］。樣品微觀橫切面和弦切面在10倍顯微鏡下觀察，徑切面在50倍顯微下觀察。

1．3．2 新型單體浸漬聚合－冷凍干燥聯(lián)用法 新型單體聚合－冷凍干燥聯(lián)用法是通過稱取不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的 AM和NVP，以及單體總質(zhì)量的1%的VA－044作為引發(fā)劑，配成15組不同濃度的水溶液，分別放置于50 mL的具塞試管中，并記錄下反應(yīng)前體系水平放置的水溶液的高度。然后將上述聚合溶液放置入45℃的恒溫水浴中進(jìn)行聚合，反應(yīng)時(shí)間為5 h。反應(yīng)后水平直立放置24 h記錄下其溶液的聚合后體系高度。將上述溶液水平直立放入0℃的環(huán)境下進(jìn)行冷凍8 h左右，再次記錄冷凍后其高度。由于整個(gè)反應(yīng)均是在同一支試管中進(jìn)行，因此聚合和冷凍后的反應(yīng)體系液面高度變化率與體積變化率是一致的，其計(jì)算方法見式(2)，并以此作為篩選單體聚合－冷凍干燥聯(lián)用法的聚合體系的參考。

選取三組不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)AM和NVP的聚合物(以AM x% －NVP y%的格式表示，其中x%和 y%分別表示AM和NVP單體在反應(yīng)體系中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)):AM 5.0% －NVP 0%、AM 5.0% －NVP 2.5%和AM 0%－NVP 5.0%分別在50℃和100℃的烘箱中加熱30 d對(duì)它們進(jìn)行老化實(shí)驗(yàn)。

在田螺山遺址、河姆渡遺址和茅山遺址出土的飽水木塊上分別選取試樣塊，選擇AM 5.0%－NVP 0%、AM 0% －NVP 5.0%、AM 0% －NVP 20.0%、AM 5.0% －NVP 2.5%、AM 2.5% －NVP 2.5%這5組體系進(jìn)行了飽水木材的脫水定型的實(shí)驗(yàn)。將每個(gè)遺址出土的相應(yīng)的試樣塊分別在5組聚合反應(yīng)溶液中浸泡。浸泡7 d后，放入45℃的恒溫水浴中進(jìn)行聚合5 h。將試樣從高分子溶液中取出后用濾紙將表面的聚合物溶液拭去，接著放入0℃的環(huán)境下進(jìn)行冷凍8 h左右。然后將試樣放入真空冷凍干燥箱進(jìn)行冷凍干燥24 h左右，其溫度、真空度分別控制在－35℃，10 Pa左右的條件下。最后對(duì)試樣進(jìn)行拍照、尺寸和質(zhì)量的記錄，并且以式(2)的方法計(jì)算相應(yīng)的變化率。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚合物合成與老化性質(zhì)研究

2.1.1 聚合體系的篩選 為了實(shí)現(xiàn)在飽水木質(zhì)文物脫水定型應(yīng)用過程中縮短操作周期，簡化操作步驟，環(huán)境保護(hù)、減少試劑浪費(fèi)等目的，選擇一種新型的水溶性單體聚合－冷凍干燥聯(lián)用法進(jìn)行研究。AM和NVP作為一種常見的水溶性可聚合單體，聚合形成的聚丙烯酰胺(PAM)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，尤其是PVP的應(yīng)用領(lǐng)域甚至涉及醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域。此外，兩者均為非離子性化合物，可以減少它們?cè)诿撍ㄐ瓦^程中對(duì)飽水木質(zhì)文物造成pH值、電離平衡等性質(zhì)的影響。此外，高分子自由基聚合是一種操作簡單、反應(yīng)條件低和轉(zhuǎn)化率較高、應(yīng)用十分廣泛的高分子聚合方法。本研究采用了水溶性引發(fā)劑VA－044，它的熱引發(fā)溫度為44℃。當(dāng)體系溫度達(dá)到44℃以上時(shí)，引發(fā)劑就發(fā)生大量分解形成具有引發(fā)活性的自由基活性基團(tuán)，在體系中遇到單體AM或者NVP就會(huì)和它們分子結(jié)構(gòu)中的碳碳雙鍵發(fā)生加成反應(yīng)，并使得加成后的基團(tuán)的一端仍帶有自由基活性基團(tuán)，與下一個(gè)單體繼續(xù)加成從而使得高分子鏈的增長，直至高分子鏈端的自由基活性基團(tuán)失去活性，聚合反應(yīng)才終止。

目前，飽水木質(zhì)文物脫水定型效果主要以文物在處理前后的顏色、形態(tài)和尺寸的變化為主要的判斷標(biāo)準(zhǔn)。本研究中采用的AM或者NVP進(jìn)行單體聚合－冷凍干燥聯(lián)用法進(jìn)行飽水木質(zhì)文物的脫水定型的應(yīng)用，其主要實(shí)驗(yàn)步驟包括單體滲透、單體聚合、冷凍、冷凍干燥4個(gè)基本步驟。當(dāng)單體聚合形成聚合物以及將體系冷凍的兩個(gè)步驟中，會(huì)引起整個(gè)體系的體積的變化。由于糟朽程度嚴(yán)重的飽水木質(zhì)文物力學(xué)強(qiáng)度低，這兩個(gè)步驟引起體系過大的收縮率或者膨脹率有可能會(huì)使器物隨著體系體積變化而破損。因此，本研究以體系聚合和冷凍前后的體積變化率控制在±5%之內(nèi)作為體系優(yōu)化依據(jù)之一。

如表1所示，上述15組反應(yīng)體系的聚合產(chǎn)率均可達(dá)到97%以上，說明利用VA－044在水體系中引發(fā)AM和NVP聚合產(chǎn)生高分子的反應(yīng)是比較徹底的。而且其聚合反應(yīng)的條件僅需將體系溫度控制在44℃以上即可，說明本研究采用的方法是一種簡單、可操作性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)方法。

表1 不同的高分子聚合體系在聚合、冷凍后高度變化統(tǒng)計(jì)Table 1 Changes in height of different polymerization systems after polymerization and freezing (%)

聚合體系中單體聚合產(chǎn)生聚合物的形態(tài)隨著AM和NVP單體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同而發(fā)生變化。體系組1～4是以AM為單一聚合單體時(shí)，聚合后聚合物的形態(tài)隨著AM的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加至10.0%及以上時(shí)，高分子形態(tài)就由無色透明有黏度的流動(dòng)性液態(tài)轉(zhuǎn)化成無色透明凝膠狀固態(tài)。相同的變化趨勢也出現(xiàn)在以NVP為單一單體聚合的體系組5～8中，其體系狀態(tài)由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)的NVP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30.0%。當(dāng)將AM和NVP進(jìn)行混合共聚時(shí)，在相應(yīng)的體系組中增加NVP或者AM的濃度時(shí)，也會(huì)使得聚合物的形態(tài)由液態(tài)轉(zhuǎn)化成固態(tài)。由于當(dāng)上述聚合所得高分子形成凝膠狀的固體形態(tài)，其總體黏度比較大。當(dāng)脆弱的飽水木質(zhì)文物從高分子中取出時(shí)，很有可能會(huì)造成器物的損傷。因此，當(dāng)反應(yīng)聚合后形成固態(tài)的體系在實(shí)際應(yīng)用中存在明顯的局限性。

在表1中，部分體系在單體聚合后的體系體積變化率RP基本呈正值，即表示反應(yīng)后體系的產(chǎn)生了收縮的現(xiàn)象。這是由于單體聚合形成大分子量的聚合物時(shí)其密度要比單體的要大，因此會(huì)造成聚合物體系的體積減小。而冷凍后的體積變化率值RF正值或者負(fù)值均存在，這是由于體系冷凍后部分體系的體積與聚合反應(yīng)前相比，總體產(chǎn)生了收縮或者膨脹的現(xiàn)象。液態(tài)水在0℃以下冷凍成固態(tài)冰，由于密度減小會(huì)引起體積的膨脹。當(dāng)這一因素引起的體系膨脹率大于單體聚合引起的體系收縮率的情況下，則聚合－冷凍聯(lián)用后的體系與聚合反應(yīng)前的初始狀態(tài)相比總體仍產(chǎn)生了膨脹的現(xiàn)象，RF呈負(fù)值。若前者小于后者的影響，體系則總體產(chǎn)生了收縮的現(xiàn)象，RF則呈正值。數(shù)據(jù)中顯示除了AM 10.0% －NVP 0%、AM 2.5% －NVP 15.0%、AM 2.5% －NVP 20.0%體系以外，其他體系分別在聚合、冷凍后RP和RF的數(shù)值均在±5%之內(nèi)。

結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，AM 5.0% －NVP 0%、AM 7.5% －NVP 0%、AM 0% －NVP 5.0%、AM 0% －NVP 10.0%、AM 0% －NVP 20.0%、AM 2.5% －NVP 2.5%、AM 2.5% －NVP 5.0%、AM 2.5% －NVP 10.0%、AM 5.0% －NVP 2.5%這幾組體系在聚合后聚合物形態(tài)以及聚合、冷凍后體積變化率比較符合飽水木質(zhì)文物脫水定型的應(yīng)用的要求。

2.1 ．2 老化性質(zhì)研究 選取AM 5．0% －NVP 0%、AM 5．0% －NVP 2．5%和 AM 0% －NVP 5．0%三組聚合物作為老化實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象，并且分別在50℃和100℃的進(jìn)行了持續(xù)30 d的老化實(shí)驗(yàn)。如圖1所示，在烘箱中在50℃加熱30 d后，上述三組聚合物的顏色與未加熱時(shí)的狀態(tài)和顏色基本保持不變。但是三組聚合物在100℃條件下老化出現(xiàn)了不同的老化現(xiàn)象:AM 5．0% －NVP 0%在30d的老化過程中狀態(tài)和顏色基本不變;AM 5．0% －NVP 2．5%聚合物在25 d開始顏色微微發(fā)黃，直至在30 d時(shí)保持該種微黃的狀態(tài);AM 0%－NVP 5.0%聚合物在11 d開始顏色發(fā)黃，隨著時(shí)間的延長逐漸變深，直至30 d時(shí)呈金黃色。

上述結(jié)果說明，在50℃的老化條件下，三組聚合物都具有很好的耐老化性質(zhì)。但在100℃的老化條件下，在固定AM質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變的情況下，聚合物的耐老化性隨著NVP質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而降低。木質(zhì)文物的脫水定型以后的保管條件中溫度一般控制在30℃左右，因此三組聚合物在50℃的條件下表現(xiàn)出的強(qiáng)耐老化性已經(jīng)完全可以滿足當(dāng)前木質(zhì)文物保護(hù)的要求。此外，僅有AM單體聚合而成聚丙烯酰胺單聚物在50℃和100℃的老化條件下均具有很強(qiáng)的耐老化性，說明聚丙烯酰胺單聚體在文物的脫水定型保護(hù)中有更廣的應(yīng)用前景。

2.2 脫水定型

2．2．1 飽水木材基本性質(zhì)分析 田螺山遺址、河姆渡遺址和茅山遺址出土的3種飽水木材的絕對(duì)含水率、質(zhì)量變化率以及木材種屬的結(jié)果如表2所示。

表2 3種出土飽水木材試樣的絕對(duì)含水率、絕干前后的質(zhì)量變化率以及木材種屬Table 2 Absolute moisture content，mass change rate and material identification of three waterlogged woods

上述3種不同遺址出土的飽水木材試樣的絕對(duì)含水率、絕干后的質(zhì)量變化率以及木材材種均不相同，說明本研究中采用這3種木材均具有一定的代表性。表2中數(shù)據(jù)顯示田螺山木材的絕對(duì)含水率最高，說明該木材的糟朽程度最嚴(yán)重。其次是河姆渡遺址出土的木材，最后是茅山遺址出土的木材試樣。

2．2．2 飽水木材脫水定型結(jié)果分析 根據(jù)聚合體系的優(yōu)化篩選的結(jié)果，選取了AM 5．0% －NVP 0%、AM 0% －NVP 5．0%、AM 0% － NVP 20．0%、AM 5.0% －NVP 2．5%和 AM 2．5% －NVP 2．5%這5組體系對(duì)3種不同遺址出土的飽水木塊的試樣分別進(jìn)行了脫水定型的實(shí)驗(yàn)。

如圖2所示，3種不同遺址出土的飽水木材試樣T－0、H－0和M－0在無填充的自然環(huán)境中逐漸干燥處理所得，試樣的形狀和尺寸與處理前均發(fā)生了明顯的變化。如表3所示，3塊試樣在木材紋理生長的3個(gè)方向(長L、寬W、高H)的尺寸變化率均超過了10%，田螺山遺址和河姆渡遺址出土的試樣塊部分方向的變化率值甚至達(dá)到65%以上。

表3 無填充干燥法與單體聚合－冷凍干燥聯(lián)用法處理前后三種木材試樣質(zhì)量和尺寸變化結(jié)果Table 3 Changes in weight and size of three wood samples treated with drying and polymerization－freeze drying (%)

這是由于上述2種飽水木材的糟朽程度更加嚴(yán)重且自身力學(xué)強(qiáng)度低，在不采取任何保護(hù)措施下的脫水會(huì)引起其試樣塊嚴(yán)重變形和收縮的現(xiàn)象。

在圖2中，利用不同的單體聚合－冷凍干燥聯(lián)用處理后的3種飽水木材的相關(guān)5組試樣與其未處理前的飽水狀態(tài)下的木材形狀、尺寸等方面進(jìn)行對(duì)比，其形狀基本保持一致，說明該方法達(dá)到了一定的定型效果。表3數(shù)據(jù)顯示，相應(yīng)試樣的尺寸變化率比無填充干燥法有明顯的降低。除了樣品T－3和H－3以外，其他單體聚合－冷凍干燥聯(lián)用法處理后的樣品在3個(gè)木材紋理生長方向的尺寸變化率均在±5%以內(nèi)。其中部分樣品的尺寸變化產(chǎn)生了負(fù)值，這是由在處理過程中的液態(tài)水冷凍轉(zhuǎn)化成冰的膨脹率大于單體聚合引起的體積收縮率而引起的。其次，它們的質(zhì)量變化率均明顯低于表3中相應(yīng)遺址出土的木材在無填充自然干燥條件處理后的質(zhì)量變化率，說明采用單體聚合－冷凍干燥聯(lián)用法脫水定型以后，一定量的由單體聚合生成的高分子已經(jīng)填充至木材的內(nèi)部。

綜上所述，AM 5.0% －NVP 0%、AM 0% －NVP 5.0%、AM 5.0% －NVP 2.5%和AM 2.5% －NVP 2.5%這4組體系的反應(yīng)單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和均不高于7.5%，它們的脫水定型效果在3種糟朽程度不同的飽水木材中均取得了比較優(yōu)良的效果。與傳統(tǒng)脫水定型方法相比，本方法具有采用水體系同時(shí)單體反應(yīng)總濃度低的特點(diǎn)，可避免因更換溶液體系或者提高填充劑濃度梯度而進(jìn)行的反復(fù)浸泡的操作步驟。這不僅減少了化學(xué)試劑的浪費(fèi)，簡化了實(shí)驗(yàn)操作步驟，大幅度縮短了操作周期，有效地提高了體系的環(huán)保經(jīng)濟(jì)性。

2．2．3 脫水定型后的飽水木材顯微結(jié)構(gòu) 圖3是采用了田螺山遺址、河姆渡遺址和茅山遺址出土的3組木材分別在自然干燥和經(jīng)過AM 5.0%－NVP 2.5%的單體聚合－冷凍干燥聯(lián)用處理后的顯微鏡照片。

在橫切面方向，自然干燥的條件下的3組木材T－0、H－0和M－0基本上不能觀察到木材纖維管的橫切面排列的結(jié)構(gòu)。而通過單體聚合－冷凍干燥聯(lián)用脫水定型處理后的樣品T－4、H－4、M－4，在橫切面可以觀察到木材纖維管在橫切面的孔洞的排列結(jié)構(gòu)，尤其是茅山遺址出土的試樣中最明顯。同時(shí)在脫水定型后的田螺山遺址和河姆渡遺址出土的木材樣品照片中，可以觀察到部分纖維管內(nèi)有填充物。而在茅山遺址出土的木材樣品照片中甚至出現(xiàn)了纖維管管壁加厚的現(xiàn)象。在縱切面方向，田螺山遺址和河姆渡遺址出土的木材試樣在自然干燥和單體聚合－冷凍干燥聯(lián)用脫水定型處理的微觀形貌區(qū)別不是很明顯。說明上述兩種木材的糟朽程度比較嚴(yán)重，木材內(nèi)部的植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)和排列已經(jīng)遭到一定程度的破壞，水溶液在木材內(nèi)部的流通不受阻滯，因此高分子在木材纖維之間均勻地分布填充，造成在縱切面表面可以觀察到一層膜狀物質(zhì)。而茅山遺址出土的木材試樣在單體聚合－冷凍干燥聯(lián)用處理后，可以在纖維束管內(nèi)看到白色的填充物。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，飽水木材在通過單體聚合－冷凍干燥聯(lián)用脫水定型處理后，有一定量的高分子填充在木材纖維結(jié)構(gòu)內(nèi)部，從而使得出土飽水木材脫水后不發(fā)生變形、塌陷的現(xiàn)象。

綜上所述，單體聚合－冷凍干燥聯(lián)用的脫水定型的原理為:當(dāng)飽水木材浸泡在聚合溶液中，水溶性的單體AM、NVP和引發(fā)劑在水溶液中通過自由擴(kuò)散的作用，逐漸滲入飽水木材的內(nèi)部并達(dá)到整個(gè)浸泡水體系的濃度平衡。在木材內(nèi)部擴(kuò)散過程中單體和引發(fā)劑的分布是隨著水分子在飽水木材的細(xì)胞壁內(nèi)、細(xì)胞壁的孔隙或者纖維束管道等流通方向進(jìn)行均勻分布。當(dāng)聚合體系溫度達(dá)到引發(fā)劑的引發(fā)溫度時(shí)，引發(fā)劑分解產(chǎn)生自由基。單體就在木材內(nèi)部就發(fā)生了自由基聚合形成高分子。由于AM和NVP單體分子結(jié)構(gòu)中均含有羰基，所得高分子是一個(gè)富含有羰基的大分子。植物的纖維素是一個(gè)多糖結(jié)構(gòu)，含有大量的羥基，因此可與聚合所得高分子之間發(fā)生氫鍵的作用使得高分子與植物細(xì)胞壁進(jìn)行結(jié)合，從而達(dá)到填充加固支撐飽水木材結(jié)構(gòu)的作用［9］。待聚合反應(yīng)結(jié)束后，將飽水木材樣品取出通過冷凍后，再通過冷凍干燥的方法把內(nèi)部的水通過升華的方式除去。此過程理論上不產(chǎn)生表面張力的作用，因此消除了飽水木材在直接脫水過程中由于水分子表面張力對(duì)飽水木材結(jié)構(gòu)的影響，更加有利于飽水木材的定型，并且達(dá)到樣品快速脫水的目的。

本研究采用的單體聚合－冷凍干燥聯(lián)用的方法有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):1)整個(gè)脫水定型過程在水體系中完成，環(huán)保經(jīng)濟(jì);2)小分子水溶性單體滲透性好且濃度要求低，減少了填充劑滲透時(shí)間而且避免了逐步提高濃度梯度的反復(fù)浸泡的操作步驟;3)自由基聚合方法應(yīng)用廣泛，反應(yīng)條件簡單，可操作性高;4)聯(lián)用冷凍干燥法進(jìn)行脫水，消除了水分子的表面張力對(duì)飽水木材結(jié)構(gòu)的影響，提高了木材定型的效果，并且縮短了操作周期。

3 結(jié)論

本研究以田螺山遺址、河姆渡遺址和茅山遺址出土的飽水木材作為研究對(duì)象，進(jìn)行了以水溶性的AM或者NVP作為單體的單體聚合－冷凍干燥聯(lián)用法的脫水定型的應(yīng)用研究。研究結(jié)果顯示當(dāng)AM和NVP在反應(yīng)溶液中質(zhì)量分?jǐn)?shù)的總和不高于7．5%的時(shí)候，通過該方法處理的上述3類飽水木材試樣的尺寸變化率均可控制在±5%以內(nèi)，取得了良好的脫水定型的效果。此外該方法具有環(huán)保經(jīng)濟(jì)、操作簡單以及周期短的優(yōu)點(diǎn)，在飽水木質(zhì)文物脫水定型處理中具有較廣泛的應(yīng)用性。