(课题承担单位:湖北省博物馆 课题负责人:周松峦)
我国考古发掘出土了大量的木质文物,这些木质文物多呈饱水状态,对它们的有关数据检测表明:含水量相当高,一般在150%至500%,明显遭受腐朽(褐腐),有些文物的表面腐蚀层达2—6cm,一触即溃,色泽一般为暗褐色 ;开裂严重,裂纹很多,尤其是顺纤维(纵向)方向的裂纹也不少 ;木质的化学成分有很大变化,其纤维素含量一般在18—35%之间,而现代正常木材的纤维素含量在70—90%之间,因此木质文物的强度极差。对上述出土木质文物的样品进行了自然干燥脱水实验,均产生强烈收缩、开裂、变形,其收缩率一般在:纵向5—10%,弦向10—40%,径向15—35%。因此,考古发掘出土木质文物要得到妥善保护,必须研究出科学的保护方法对其进行脱水加固定型处理。
采用单纯PEG法脱水加固定型饱水木质文物,至今国内外仍在广泛应用。对腐蚀程度严重的木质文物脱水定型,单纯PEG法较为适用。但单纯PEG法存在以下极需解决的问题:脱水工艺有很大的局限性,如需加温、冷冻干燥、真空冷冻干燥等 ;经脱水后的木质文物在空气湿度较高时,易吸潮,表面有粘稠感,尽管采用表面封护材料,问题依然存在,没有彻底解决 ;木质感较差,呈蜡状感,且色泽呈暗黑色。
考虑到我国南方发掘出土的木质文物腐蚀严重,且杂木(如楠木、鼠李木、硬松类木等)构件居多,因此仍然采用PEG法脱水定型这类木构件,但为解决此法存在的问题,我们研究了PEG复合液法脱水定型饱水木构件。获得了良好效果。
这样处理的试件,效果非常理想,其表现为保持了原有的几何形状和尺寸(收缩率极低),无开裂、变形和翘曲及扭曲等不良现象。
我们研究采用PEG复合液脱水加固定型饱水木质文物,效果良好。产生这种原因是:开裂严重的木构件,因其内部纤维发生了弯曲或断裂,被弯曲纤维的外层分子发生拉伸,而内层分子则受到压缩,要使纤维的这种拉伸回复性能,直接关系到纤维的化学结构和微结构。而纤维中大分子或基本结构单位间的相互关系又直接影响到纤维的变形与回复性能。由于纤维的无定形区与结晶区的结构不一样,大分子本身不太伸直,相互之间的排列也较乱,加之在大分子或基本结构单位间没有氢键存在,当纤维被拉伸产生变形时,致使大分子或基本结构单位的取向度得到提高,从而相互间产生相对的位移,此时无定形区的部分氢键被折散,并在新的位置上重建。由于在无定形区缺少稳定的交键,因而这部分变形很难复原。因此;要使用木构件保持原有的几何尺寸,最为有效的办法就是在纤维无定形区内引人适量的稳定的交链。采用PEG复合液脱水加固定型饱水木质文物,在复合液中引入分子结构含有羰基的物质,PEG(聚乙二醇)为多元椁,分子中有醇羟基,纤维素分子也是多元醇,每个葡萄糖单元有三个醇羟基,这样,引入的物质可以与PEG 、纤维素分子产生醇醛反应,起交联作用,形成在无定形区的分子键间生成共价交键,犹如引入物质伸出的两只强有力的 大手 紧紧抓住无定形区的分子链,在纤维分子链间产生牵制和固定的作用,使其不得产生相对位移,这样就减少了变形,从而提高了纤维的变形回复能力,阻至了纤维素大分子的收缩,使木构件不发生变形、开裂等到现象;同时也防止了PEG 在木材表面的返潮等到缺点。
研究成功的PEG 复合液法脱水加固定型出土饱水木构件文物在技术上达到了:
1、各向(纵向、弦向、径向)收缩率接近零,保持了原有的几何尺寸,不变形、不开裂。
2、色泽正常,无粘稠感和腊状感,在高湿天气无返潮。
3、PEG 复合液可重复使用,成本较低。
4、脱水设备、工艺简单,易操作,便于推广应用。