高分子材料应用于莫高窟壁画保护的历史、现状与研究

苏伯民　张化冰　谈翔　张瑞

内容摘要：选用具有适宜黏结作用的高分子材料和科学的壁画修复工艺，是修复保护莫高窟壁画最关键的两个技术要素。敦煌研究院自20世纪50年代起，就开始了起甲壁画修复材料的试验性工作，先后选择卡塞因胶（酪素胶）、天然动植物胶、聚醋酸乙烯酯类、乙基纤维素、丙烯酸酯类、乙烯基酯-丙烯酸酯共聚类、有机硅改性丙烯酸酯类等多种材料，分别进行了莫高窟壁画的修复试验。修复工作和实践证明，聚醋酸乙烯酯乳液（白乳胶）、丙烯酸及有机硅丙烯酸乳液和明胶三类是最适合莫高窟壁画修复的材料。莫高窟已修复的洞窟壁画已经历了数十年的自然环境考验，至今修复后的壁画状况稳定。但由于同种分子结构的化学材料来源不同，一些材料虽组成成分相同，但不同厂家的加工工艺和次要成分配比也不尽相同，因此需在实验室内建立材料的评价方法，对各种不同来源的材料进行实验室评价和考察，以保证和提高壁画修复工作的科学性和质量。

关键词：敦煌壁画；保护材料；历史；研究

中图分类号：K854.3 文献标识码：A 文章编号：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 莫高窟壁画保护材料筛选历史

20世纪50年代初，敦煌文物研究所（敦煌研究院前身）逐步开始了针对石窟、壁画、泥塑的修复工作。1957年，捷克壁画修复专家约瑟夫·格拉尔来到莫高窟，用他带来的西方湿壁画常用的修复材料在莫高窟第474窟佛龛右侧北壁做了洞窟壁画的现场修复试验[1-2]（图1），试验采用医用注射器的方法将胶结材料均匀注射到起甲壁画的背面，把起翘开裂的壁画重新回贴到壁画粉层或地仗层表面，起到加固壁画的作用。该种方法至今仍是莫高窟修复起甲壁画的主要工艺。但此次试验所采用卡塞因胶，为外文译音，我们对照译名，判断所使用的胶结材料可能为酪素胶，其英文为Casein Glue。资料表明，酪素胶是以动物乳汁中的含磷蛋白为基体的动物胶黏剂。采用自然发酵法、加酸凝固法或凝乳素法制得酪蛋白，再与碳酸钠、硅酸钠、硼砂、氨水、磷酸钠、消石灰等配制而成，用于木材、织物、纸张、陶瓷等的胶接，是一種较为常见的胶结材料。

但此次试验并未获得理想的修复效果，分析其主要原因可能为东西方在制作材料、工艺上有很大差异，且所采用的酪素胶吸湿性强且容易变质，在泥质地仗上渗透性差，干燥后所形成的胶膜性质硬脆，延展性差且易开裂，黏结后的颜料层干燥后有二次起甲的现象。从壁画修复的效果来看，可能此次修复用胶浓度较大，在壁画表面留下了多条褐色的胶质流痕，影响壁画艺术观感效果。但此次试验对莫高窟壁画修复具有开创性意义，首次采用的注射修复工艺和胶黏剂来修复起甲壁画，确定了未来莫高窟修复起甲壁画的基本工艺。

之后，承担壁画修复工作的敦煌文物研究所的李云鹤先生不断实践，使用敦煌文物研究所美术组临摹壁画调制颜料所用的广胶、鹿胶、龙须胶、鱼鳔胶、桃胶等天然动植物胶，在第130窟进行小面积修复试验[3]。

试验发现，以上几种材料在干燥过程中都有收缩，对起甲颜料层的黏结力弱，某些壁画部位在修复后会出现二次起甲，甚至脱落；从材料本身性质来看，这些动植物胶结材料本身就是微生物的营养基，潮湿情况下易发霉变质，因此不适宜做壁画的修复材料。

1962年，中国文物保护科学技术研究所（中国文化遗产研究院前身）胡继高先生和敦煌文物研究所李云鹤先生合作，分别选用了聚醋酸乙烯酯乳液（Polyvinyl Acetate Emulsion）、聚乙烯醇溶液（Polyvinyl Alcohol）、聚乙烯醇缩丁醛（Polyvinyl Butyral）、乙基纤维素（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，尝试对莫高窟第161窟起甲、脱落和酥碱的壁画进行修复[1，4，5]。试验结果表明，以水作为溶剂的聚醋酸乙烯酯乳液、聚乙烯醇溶液，对以无机质为主、微观结构多孔疏松的敦煌壁画的地仗、粉层、颜料层具有良好的层间黏结力，其兼容性更佳。单独或以不同比例混合的两种材料，对片状起甲颜料具有良好的软化、黏结、渗透和加固作用，且材料具有操作性（黏度适宜）良好、成膜质地柔软、对矿物质颜料惰性、施用后壁画表面无眩光、耐候性良好等特点（图2）。

由此，前述材料和方法得到推广，修复了大量濒危的莫高窟起甲、酥碱、脱落壁画和泥塑，对石窟保护起到了重要作用。修复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业研究所还合作研究，尝试采用苯乙烯—丙烯酸酯乳液、乙酸乙烯酯—丙烯酸酯乳液、乙酸乙烯酯—顺丁烯二酸二丁酯乳液等作为修复材料，但前两种材料容易胶化，修复试验效果不好，后续工作未能继续展开[4]。

1997年，敦煌研究院和美国盖蒂研究所合作开展莫高窟第85窟壁画修复项目。在筛选修复材料时，引入了“尽量采用与制作壁画时所用原始胶结材料相同”的理念，采用明胶（Gelatin）作为壁画的修复材料（图3）[3，6]，并开展了一系列实验室评价试验。结果证明，该材料无色、无味、无毒无腐蚀、无眩光、透明度高、透气性好，具有一定的黏结性，适合壁画修复。

2003年，敦煌研究院承担了西藏壁画的保护修复工作。西藏壁画的制作有其独特工艺，即在画面完成后，会在壁画表面涂刷一层类似桐油或清漆的封护层。壁画表面的清漆涂层，在光照或水的作用下老化，进而引起颜料层起甲。西藏壁画的颜料起甲层较脆，最初的修复工艺为采用丙酮软化、再注射聚醋酸乙烯酯的方法，但该工艺操作难度较大，丙酮软化也会造成较薄的颜料起甲层收缩和碎裂，难以保障修复效果。

为此，2003年，敦煌研究院和甘肃知本新材料科技有限公司合作，针对西藏壁画表面带有涂层的特点，提出了修复材料应具有软化涂层颜料和回贴的功能的具体要求，经反复筛选试验，研究出了以有机硅和丙烯酸为主剂的新型壁画修复材料（ZB-SE系列）。2004年，该材料在西藏萨迦寺首次进行现场试验，试验表明，所研制的有机硅和丙烯酸为主剂的壁画修复材料可软化带有涂层的颜料层，并具有颜料回贴所需的黏结强度，是修复西藏起甲壁画的理想材料。后经进一步现场试验，有机硅和丙烯酸两种材料即可单独使用，或按一定比例混合使用，对表面有涂层的起甲颜料层具有良好的渗透、软化、黏结和回贴作用（图4）[7-8]。

此外，该类材料在修复时便于操作，修复后壁画表面无眩光，具有对颜料惰性、耐候性良好等特点[9]。之后，所研制的丙烯酸类和有机硅类壁画修复材料（ZB-SE系列乳液）又被应用于敦煌莫高窟第45、103、23、44、360窟和河南嵩山少林寺（白衣观音殿）等处壁画的保护修复中，均取得了良好效果[10-15]。

2 现状和研究展望

经过数十年壁画修复材料的筛选、评价和研究，目前应用于莫高窟壁画修复的高分子材料，主要有：聚醋酸乙烯酯乳液（Polyvinyl Acetate Emulsion）、丙烯酸和有机硅丙烯酸乳液（Acrylic and Silicon Modified Acrylic Emulsion）和明胶（Gelatin）等三类。图5是几种合成材料的结构简式。

随着保护科学的不断发展，对应用于壁画保护的高分子材料的物理化学性质、工作性质的评价与研究，对材料介入壁画本体后，与其各层间材料作用力（兼容性）和对各层间材料性质的影响，材料耐老化性能的评价和老化机理研究，失效材料的可逆性去除等问题，都提出了新的要求。

2012年，围绕莫高窟壁画修复常用的3类5种材料，我们开展高分子类壁画保护材料的性质评价与研究{1}。本研究借鉴国外相关研究成果，从壁画修复对材料的要求出发，结合高分子材料评价的一般性质指标，将壁画修复材料的评价指标分为两大类，即材料本身性质和材料修复性质。材料本身性质是指材料本来的物理化学参数和结构成分等，材料修复性质是指材料在修复时的所表现的各种性能，如渗透性、黏结性和耐候性等，通过结合壁画修复对材料的具体要求，确定了两类评价体系的主要指標和方法，具体为：

A.材料的物理化学参数：红外分子结构（FT-

IR）、玻璃化温度（Tg）、分子量分布（GPC）、黏度、酸碱度、固含量等，附表列举了我们在实验室测得的敦煌常用5种化学材料的性质。

B.材料修复性质：具有水汽透过性、黏结性、渗透性、接触角，同时具有材料作用于壁画试块后壁画色度的变化、材料作用与壁画地仗后的引起地仗土层微观结构变化和耐老化等。

上述评价体系可作为修复壁画材料的评价指标，试验所获取的各种材料性质能够为壁画修复工作提供科学依据。

3 结 论

1. 高分子材料应用于莫高窟壁画保护的历史已60多年，经过不断筛选研究和现场应用，逐渐形成了现在常用的3类5种材料，即聚醋酸乙烯酯乳液和聚乙烯醇类、有机硅和丙烯酸类、明胶类。

2. 对前期使用的高分子材料开展的科学调查结果，可建立莫高窟修复壁画所用材料的基础档案， 将修复材料本身性质和材料在具体修复时所体现的各种性能指标进行梳理，建立了修复材料评价指标和测试方法，可作为今后壁画修复材料筛选评价的科学依据，提高壁画修复工作中选择材料的科学性。

致谢：本文在写作过程中，敦煌研究院保护研究所壁画修复专家李云鹤先生给予了很大帮助，在此表示衷心感谢。

参考文献：

[1]胡繼高.文物保护科学的规律性[J].科技导报，2001（4）：52-55.

[2]段文杰.莫高窟保护工作进入新阶段[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]王进玉.高分子粘合剂在壁画保护上的应用[J].自然杂志，1987（1）：33-36.

[5]李云鹤.莫高窟壁画修复初探[J].敦煌研究，1985（2）：174-184.

[6]樊再轩，斯蒂文·里克比，丽莎·舍克德，等.敦煌莫高窟第85窟壁画修复技术研究[J].敦煌研究，2008 （6）：19-22.

[7]王旭东，段修业，李最雄，等.西藏萨迦寺壁画修复现场试验研究[J].敦煌研究，2005（4）：16-23.

[8]苏伯民，蒋德强，马想生，等.布达拉宫等处壁画起甲原因的初步分析和修复材料的筛选[J].敦煌研究，2007（5）：

39-44.

[9]苏伯民，张化冰，蒋德强，等.壁画保护材料纯丙乳液的性能表征[J].涂料工业，2014，44（2）：54-59.

[10]莫高窟第45窟壁画保护竣工报告[R].敦煌：敦煌研究院保护研究所，2006.

[11]莫高窟第103窟壁画彩塑保护修复工程竣工报告[R].敦煌：敦煌研究院保护研究所，2008.

[12]莫高窟第23窟壁画保护修复竣工报告[R].敦煌：敦煌研究院保护研究所，2009.

[13]莫高窟第44窟壁画保护工程竣工报告[R].敦煌：敦煌研究院保护研究所，2009.

[14]莫高窟第360窟壁画保护修复工程竣工报告[R].敦煌：敦煌研究院保护研究所，2014.

[15]河南嵩山少林寺修复竣工报告[R].敦煌：敦煌研究院保护研究所，2005.