一件良渚时期木鱼的加固和脱盐脱水保护
杜树志      时间:2013-03-26    字体:      

远古时代,人类就开始使用木材,其应用范围包括生活器物、房屋建筑、农耕、渔猎以及乐器等。木质文物由于久埋地下,受周围环境影响,有的吸收大量水分,导致木质疏松和强度降低,有的受细菌分解,变得腐烂糟朽。如何保护好这些木质文物,更好地展现其光辉灿烂的历史文化,一直以来都是文物保护工作者所面临的课题。

2009年10月,上海中国航海博物馆征集到一件良渚文化时期的木鱼文物。此木鱼在入库点交前因一直长期浸泡于蒸馏水中,其表面已经变得松软脆弱,尾部已出现横向裂纹,部分缺损并伴有少量木屑脱落。对处于长期浸泡状态的木质文物,如果继续存放于蒸馏水中,将会进一步变得糟朽,尤其作为木材有机质地的鱼身将更容易受到周围有害霉菌的分解。因此,需尽快对该木鱼进行脱盐脱水处理,才能适合长期保存,以利于博物馆进行展示、收藏及研究等。

木鱼脱水

目前,对饱水木器脱水的方法研究较多,工艺也比较成熟。常见的有明矾脱水法、冷冻升华法、自然干燥法、真空加热法、高分子渗透加固法、单体渗透引发聚合法、溶剂连浸置换法、食糖以及无机盐法等。作为常用处理饱水木器试剂的高分子树脂聚乙二醇,由于其蒸汽压低、化学毒性小、稳定性好及具有可逆性等特点,用它作为填充细胞脱水剂比较安全可靠;同时,由于聚乙二醇分子中含有大量的醇羟基,能和糟朽的木材组织之间形成氢键,因此木器经过其浸泡处理后能够稳定较好地保持原貌。由于本次试验的木鱼体积小,又是通体木质,加上表面疏松、含水率高等特点,综合对比后,我们决定采用冷冻干燥法进行脱水。

实验使用3%浓度的聚乙二醇1000水溶液进行处理。步骤如下:

①脱水前,先用软毛刷配合流动自来水反复定向清洗木鱼表面,再用牙签轻轻剔除木鱼鱼体裂缝中的污泥,然后用吸水纸吸掉木鱼表面多余的水分,称重(湿重)质量为183.8001克,尺寸为:长17.8厘米,宽5.3厘米,厚3.2厘米。

②将木鱼放入3%浓度的聚乙二醇(PEG,M1000)水溶液中,室温下连续浸泡28小时后取出。用去离子水冲洗干净,然后用宣纸将整个鱼体包裹4至5层,进行脱盐处理。

③每隔一周左右时间重新更换一次外面包裹的宣纸(本试验过程共计更换4次)。更换过程如下:轻轻取下原来包裹的宣纸纸张,然后将新的宣纸用去离子水喷淋湿润均匀,包裹4至5层即可。将取下的宣纸放入烘箱中,在温度为50℃条件下对其鼓风烘干,保存于密封袋中并作好记录贴好标签。对上述烘干留样的包裹纸张剪取少量进行离子检测。本试验仅检测溶液中的酸性离子,主要包括醋酸根、氯离子、硫酸根和硝酸根。

④重复上述步骤,并根据离子检测结果,将木鱼转移至冰箱冷冻室,在-16℃条件下冷冻24小时,然后再转移到冰箱冷藏室(温度设定为5℃)中作冷藏处理。

⑤每隔一周左右时间,通过精密电子分析天平对木鱼称重进行质量跟踪。经过近10个月时间,木鱼总体质量已经趋于稳定,此时称重质量为46.5280克,尺寸为:长16.4厘米,宽4.9厘米,厚2.8厘米。至此脱水结束。

可以计算得出,该木鱼脱水前含水率已经达到了295%。从整体情况来看,木鱼脱水后表面变得致密坚硬,强度加大,达到了整体加固的预期目标。

木鱼脱盐

该木鱼虽然在文物点交前后一直浸泡在蒸馏水中,但是经过放大镜观察,发现其鱼体鳞片凹陷以及鱼尾裂纹深处仍有部分淤泥,由此推断该木鱼之前可能埋藏于地下。鉴于淤泥中一些无机盐离子含量大于木材本身,故淤泥和地下水中的无机盐会随着水分的迁移而转移到木鱼中,并且不断结晶,富集。随着时间的推移,其含盐量也逐步升高。这些无机盐离子,如铁离子、钠离子、氯离子等有害离子的存在,对于木鱼整个鱼体的腐朽,甚至木鱼整体颜色的改变无疑起着加速作用。为最大限度地减缓木鱼的腐蚀,脱水前必须对之采取脱盐处理。

考虑木鱼鱼身表面已经存在一定程度上的腐朽,鱼尾同鱼身连接处有一横向深度裂纹,在鱼身和鱼尾连接处强度不大的情况下,我们采用具有一定的柔软度、同时又兼具韧性的吸水纸,用去离子水湿润后对鱼身进行包裹。在脱盐过程中用离子色谱对包裹木鱼用的吸水纸进行分析跟踪。

从离子色谱图上得知,木鱼本身各种离子浓度已经比较低,应该与木鱼本身长期浸泡于蒸馏水有关,几次脱盐下来,醋酸根、硫酸根和硝酸根还是有一定程度的降低。

冷冻干燥脱水

一般而言,水分子在木材中以两种形式存在,一种是存在于大毛细管系统,即细胞腔、细胞缝隙和纹孔中的水,称之为自由水,也叫游离水;另一种是存在于微毛细管系统,即吸附于细胞壁纤维之间的水分称之为吸着水,也叫结合水。自由水的增加或减少只能影响木材的重量,对木材的外形变化基本没什么影响,而结合水的增加或减少对木材的收缩、膨胀、开裂等形变有很大影响。

从纤维素分子结构看,整个纤维素分子长链上有很多的羟基,每个单元上都有三个醇羟基,而醇羟基很容易与水分子之间形成氢键,这也是木材本身容易吸水,达到高度饱水状态的内在因素。

前文计算得知,该木鱼含水率已经接近300%,说明该木鱼鱼身孔隙较大,如果任其自然脱水干燥,其结果极有可能出现变形、开裂,翘曲甚至会彻底失去原貌。因为木鱼在之前的保存环境下,经过微生物的分解,其本身内部纤维素分子内结合力已经减弱很多,鱼体松软脆弱,稍微施加外力就很可能承受不住。在干燥过程中,由于木鱼体内水分在蒸发时要克服水分子的内聚力,以及水分子与纤维素分子形成的氢键力,这就会使木鱼产生一种相应的应力,从而导致木鱼开裂、形变等结果。同时,如果在常温下干燥,木鱼表面水分子蒸发速度必然大于鱼体内部的水分子,进而使木鱼鱼体内部含水率大于鱼体表面,木鱼内外收缩不一致,木鱼强度薄弱部分就会受到破坏。为尽可能减少表面张力带来的不利因素,故采用冷冻干燥法脱水。

另外从木鱼的纹理来看,整个鱼身长短是沿着树木纵向生长的方向,鱼体宽度是沿着木材径向方向,鱼体厚度则是沿着弦向方向(即年轮方向)。从脱水前鱼身尺寸(5.3厘米)大致可以推测,对于收缩率最大的弦向(即鱼身宽度变化)收缩应该不大。通过计算得知,脱水后木鱼纵向、弦向以及径向三个方向的收缩率分别是7.9%,12.5%和7.5%,基本无形变,也达到了我们最初保护的目标要求。

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