张 燕, 张 朔, 薄宇轩, 陈瑞瑶, 赵喜龙
(内蒙古农业大学材料科学与艺术设计学院,内蒙古 呼和浩特 010018)
历经中华五千年的发展和经验的传承,木材作为一种材料,在中国传统的木建筑和木家具中有着悠远的历史和博大精深的内涵,每一个细节的使用都凝结着古人的智慧,在古家具表面保养及美化处理技艺方面,有着“南漆北蜡”的说法,这里的“蜡”即指烫蜡技艺。传统烫蜡是将蜂蜡、虫蜡(川蜡)等天然蜡融化,流平于木材表面及其孔隙中,形成一层薄薄的蜡膜,起到隔绝环境中水分、灰尘等污染物的作用,从而使木材在使用过程中避免受到环境温湿度变化而引起变形和开裂等问题[1-2]。在南方,如果仍然使用烫蜡方式进行家具表面处理,由于气温高、环境潮湿等地域环境特性,使蜡膜很容易软化并脱落,所以在南方更多使用的是“漆”,即髹漆技艺[3]。髹漆技艺和烫蜡技艺均可使木材的纹理更加清晰,色泽亦显莹润,经过长时间的使用会在家具表面形成一种“包浆”的效果,还可以提高木家具构件的耐久性[4-5]。
烫蜡最早出现于春秋战国时期,用于青铜器表面处理,以防止青铜器氧化,并改善其光泽性[6]。烫蜡工艺历经千年的发展和成熟,发展到家具、建筑的表面处理上。烫蜡是一种通过将蜡在高温下烘烤融化,使其涂敷在木构件表面,形成一层蜡膜的家具、建筑木构件表面的装饰方法,不仅使家具、建筑木构件等表面光泽提高,纹理凸显,而且对家具和建筑木构件起到保护作用,延长使用寿命。烫蜡技艺的传承和现代技术的延伸有利于现代家具及木建筑向绿色环保设计及制造方向发展。
据清宫廷文献记载“烫蜡:折见方尺,每尺用黄蜡五钱,剉草七分五厘,白布二分,黑炭五两”[7],由此可见传统烫蜡工艺使用的蜡为黄蜡,即蜂蜡。蜂蜡是工蜂蜡腺分泌出来的一种具有蜜、粉特殊香味的固态分泌物,经提取、焦制、脱糖和过滤等工序,形成颜色呈淡黄、中黄、暗棕及白色的黏性固体。随着清王朝的灭亡,宫廷的匠师散落在民间,使得烫蜡技艺在民间流传。民间烫蜡常用的蜡为天然蜡,如蜂蜡和川蜡等。川蜡又称虫蜡,是寄生在女贞树或白蜡树上白蜡虫的分泌物,从树上刮下后经熔化、过滤、精制而获得的颜色呈白色至微黄的固体。
蜂蜡的黏度大、硬度较低,而与蜂蜡相比较,川蜡的硬度高、蜡膜却较脆,所以通常将蜂蜡和川蜡按照一定比例混合,用于家具等木材表面烫蜡,从而使蜡膜具有较高的硬度和适宜的脆性。混合蜡的配比随着烫蜡季节和环境温度的变化有所差异,由于冬季温度较低,通常蜂蜡和川蜡的比例可选择在2∶1左右[8],蜂蜡所占比例较多,可以缓解由于温度过低而导致的蜡膜脆性增强。到了夏季,可以将蜂蜡和川蜡的比例配制在2∶3左右[8],提高川蜡的比例是为了避免温度较高导致的蜡膜硬度不足。
传统明清烫蜡家具所使用的木材均以珍贵木材为主,包括紫檀、黄花梨、鸡翅木等[9]。烫蜡技艺在紫檀、花梨、楠木、黄杨等珍贵硬木中有所应用,还常常将榆木、樟木、松杉等木材染色后,再进行烫蜡处理。
据清宫廷等文献中记载,传统烫蜡通常要将基材进行水磨,而后进行烫蜡。随着烫蜡工艺的沿袭和发展,传统烫蜡工艺的步骤主要体现于融蜡、布蜡、烫蜡、起蜡、擦蜡、抖蜡几个方面[10]。
融蜡是将一定比例的蜂蜡和川蜡融化混合,形成适应气候环境的烫蜡混合蜡。有时为了形成光泽度较好的表面,会在蜡中加入松香,松香质地较硬和易于凝聚的特点,可以作为蜂蜡和川蜡混合的调和剂[11]。布蜡是将融化的蜡用布蜡工具均匀点布在烫蜡工件上的过程。烫蜡是使用电热弓、热风枪等外部加热工具烘烤布好蜡的工件表面,使蜡呈白泡状,再用布蜡工具使蜡在工件表面分布均匀的过程。烫蜡过程需注意不要使电热弓、热风枪在工件某一处长时间停留,防止因长时间受热导致基材性质改变。起蜡是待蜡在工件表面冷却凝固后,使用铲子等起蜡工具将残存在工件表面的浮蜡去除直到表面摸上去不粘手为止的过程。擦蜡是用棉布顺着木材的纹理方向反复用力擦拭,使工件表面光泽度和润滑度提高的过程。抖蜡是用板刷和两三趟鬃刷依次将工件表面进行擦拭,尽可能减少工件表面残留的浮蜡[12]。
从宫廷匠师中沿袭下来的传统烫蜡工艺虽然以师徒传授的方式得到一定程度的传承,但由于年代久远,匠师之间的操作习惯和手法不尽相同,烫蜡的配方和技艺已经在一定程度上失传,所以一些研究者仍致力于优化烫蜡工艺。
2.1.1 基材打磨
宋魁彦等[13]自2006年开始对烫蜡技术进行研究,起初探讨了基材打磨时粗磨砂纸粒度号、水磨水温、干磨砂纸粒度号对烫蜡效果的影响,以表面粗糙度、光泽度、纹理明显性、耐磨性和拒水性为评价指标,最终确定了优化烫蜡基材打磨工艺为粗磨砂纸180号、水磨水温55 ℃、干磨砂纸800号。任丽丽[14]将烫蜡技艺应用在高温高压热蒸汽压缩杨木基材的仿真木表面,在基材打磨的研究中发现当粗磨砂纸选用240目砂磨1 min/cm2,并配合400目水磨砂纸砂磨2 min/cm2时获得最优的砂磨表面质量。对于现代上蜡硬木家具表面的打磨可选择刮刀刮磨或砂纸砂磨的形式,研究表明,刮刀刮磨获得的表面粗糙度与600目砂纸获得的表面粗糙度无显著差异,但在烫蜡后,刮刀刮磨基材烫蜡表面粗糙度不及600目砂纸打磨的烫蜡表面[15]。
2.1.2 烫蜡量
烫蜡量是指单位木材表面所消耗蜡的质量。烫蜡量直接表现出木材的吃蜡程度,对木材基材表面烫蜡后的光泽度、材色、纹理显现程度产生影响。烫蜡量过多,容易在家具表面产生浮蜡,在使用过程中会出现“起霜”的现象,所以控制合理的烫蜡量对烫蜡表面质量具有重要意义[16-17]。佟达以表面粗糙度、光泽度、纹理明显性、耐磨性和拒水性为评价指标,确定出烫蜡量为60 g/m2时,可获得最优的烫蜡效果[18]。岳大然[19]在前期天然蜡烫蜡研究的基础上,开展了添加石蜡的合成蜡烫蜡工艺及效果研究,进行了天然蜡和合成蜡优化烫蜡工艺的对比,合成蜡的烫蜡量在70 g/m2时可获得最优的烫蜡效果。张丹[20]在对天然蜡及合成蜡烫蜡效果评定研究中,烫蜡量控制在65 g/m2,由此可见,一般烫蜡量可控制在60~70 g/m2即可获得较好的烫蜡效果。从光泽度的角度,烫蜡量为40 g/m2和60 g/m2时对光泽度的影响不大,从节约成本的角度可选择40 g/m2的烫蜡量。
2.1.3 起蜡时间
起蜡时间是指木材表面经过烫蜡后,需要等待一段时间再用铲子等工具将木材表面的浮蜡铲除,其中等待的这段时间即为起蜡时间。起蜡时间需要掌握恰到好处才能获得光洁的烫蜡表面,起蜡时间太短,蜡层还没有硬化,会把已经渗透至木材管孔中的蜡拉拔出来,起蜡时间太长,蜡层会过度硬化,不易将浮蜡铲除,增加蜡层的厚度。天然蜡(蜂蜡)的起蜡时间为5 min,而添加石蜡的合成蜡在4.5 min即可获得较好的烫蜡表面[22]。胡德生在对烫蜡工艺的研究中表示,烫蜡后在24 h后再进行起蜡效果最好。
2.1.4 烘烤温度
烘烤温度是指木材烫蜡过程中对蜡及木材表面的加热温度。由于蜡在室温下通常是固体,为了使蜡在木材上能够很好的流平并渗透至木材管孔内部,需要将蜡加热到一定温度使其熔化,并且在布蜡过程中,仍需要使用热风枪或者电热弓对蜡和木材进行加热,避免因为温度降低蜡层硬化,并增加蜡在木材中的渗透深度,提高烫蜡木材表面质量。对于蜂蜡烫蜡而言,烘烤温度设定为80 ℃较为适宜。在高温高压过热蒸汽压缩杨木为基材的研究中,由于蜂蜡经过壳聚糖、纳米TiO2、染料的改性后,烘烤温度为70 ℃即可。
2.1.5 蜡的种类及烫蜡木材表面性能
由于蜂蜡等天然蜡产量低、成本高,尽管现在一些企业沿用天然蜡烫蜡技艺,但是由于尚缺乏完整的烫蜡表面质量及效果评价体系,不同批次烫蜡木材的差异性很大,不能满足现代仿古家具、木地板、木建筑等烫蜡装饰的市场需求。随着烫蜡技艺在现代木家具中的应用,其蜡的种类不仅局限于天然蜡的使用,而且发展到石蜡、聚乙烯蜡等工业蜡的使用,并将天然蜡和工业蜡按照一定比例混合应用于木材烫蜡中。
王国栋等[23]在对蜂蜡烫蜡后木材的表面装饰效果研究中发现,烫蜡后木材的明度降低,材色向偏红、偏黄方向发展,但整体保留了木材原有的色调,使木材表面材色更鲜明,同时光泽度会较木材基材提高30~60倍;调查研究发现烫蜡后的木材能给人自然、圆润、温暖、稳重等感受,同时与透明涂饰相比,蜡膜会给人留下一种黏滞、粗糙等感受[24],需要经过长时间使用才能达到柔润的效果。
宋晓雪等[25-26]分别研究了蜂蜡、川蜡和石蜡烫蜡木材的纹理、材色及光泽度,结果表明石蜡对木材的明度和纹理凸显发面表现突出,而蜂蜡和川蜡对光泽度的影响较大。王旭婷、张丹等[27]对天然混合蜡和添加了石蜡的合成蜡烫蜡后水曲柳木材纹理变化进行了研究,与基材纹理相比,烫蜡后木材纹理细节表现程度增强,纹理形状表达更完整。在疏水性方面,合成蜡烫蜡木材表面接触角总体要大于天然蜡烫蜡木材表面接触角,表现出优异的憎水特性[20]。
牛康任和宋魁彦[28]将烫蜡技艺中的原材料由天然蜡进一步向工业蜡推进,将改性聚乙烯蜡应用于木材表面烫蜡中,通过对表面粗糙度、光泽度、表面接触角、吸水性、热稳定性、表面形貌和表界面化学官能团的分析,得出改性聚乙烯蜡不仅可以获得和蜂蜡烫蜡性质相近的表面性能,而且在表面粗糙度、光泽度、蜡膜附着力和热稳定性等方面还要优于蜂蜡,可作为一种更为经济的蜡的种类应用于木材烫蜡。
2.1.6 烫蜡工艺延伸应用
烫蜡技艺不仅在家具木制品中有广泛应用,而且在仿古木构件中具有延伸应用,其烫蜡工艺主要采用基层处理、套色、调蜡、刷蜡、烤蜡、起蜡、擦蜡、整体清理和细部修整等步骤[29],与传统烫蜡技艺基本保持一致。烫蜡技艺还在古建筑的修缮中得以应用[30-32],在清代皇家陵寝建筑群中慕陵的修复中,在经过清除建筑木材上的烫蜡污垢后,采用川蜡中添加10%~15%蜂蜡的比例进行三清三烫后,恢复楠木殿的光彩色泽。在西天梵境建筑群大慈真如宝殿的修复中也见修色、烫蜡工艺的探索应用。
崔蒙蒙等[33-34]将传统烫蜡工艺推广至硬木家具漆托蜡上蜡工艺中,将木材表面先进行底漆和面漆的涂饰后,再在漆膜表面进行烫蜡处理。通过与传统烫蜡木材表面颜色、光泽、纹理和化学组成的对比评价可见,漆托蜡的表面装饰手段具有比传统烫蜡更好的耐光性能。
此外,烫蜡工艺的基材也从实体木材拓展到高温高压过热蒸汽改性处理杨木的表面装饰中,通过对蜂蜡的改性,确定质量分数0.05%中性染料和0.2%壳聚糖混合改性的蜂蜡具有最优的烫蜡性能,实现仿珍贵木材的制备,为工艺品提供原材料[35-36]。姚爱莹[37]将速生材经过仿珍染色后,作为烫蜡基材进行烫蜡表面装饰,使普通木材模拟珍贵木材颜色得以利用,实现了木材的劣材优用。
传统的烫蜡木制品在长时间使用后蜡膜会发生老化脱落的现象,需要隔段时间再次进行烫蜡来实现木制品的养护,这样增加了烫蜡操作的时间和繁复程度,研究者通过在传统蜡原料中掺入SiO2、TiO2、ZnO等纳米无机化合物的方式实现烫蜡木材表面性能的功能化,来满足人们对木制品的高品质需求。牛晓霆等[38]通过直接共混的方式将纳米TiO2混合至蜂蜡中,用于木材表面烫蜡,结果表明添加质量分数为0.5%的TiO2可以有效改善烫蜡木材表面性能,提高烫蜡木材的耐光老化性能。郭伟等[39-41]研究了添加纳米SiO2和纳米ZnO的蜂蜡混合蜡在烫蜡功能化方面的表现。添加纳米SiO2后,烫蜡木材表面的疏水性和紫外光耐久性有所提高,但是光泽度有所降低,在SiO2添加量为2%时,可获得最佳的紫外光耐久性。添加纳米ZnO的蜂蜡烫蜡木材表面的颜色稳定性、疏水性和抗菌性均明显提高,并且在添加量为1%时性能最佳。
通过对烫蜡相关文献的检索和分析,发现目前烫蜡的研究均为国内研究者开展,除3篇相关英文文献以外,其他均发表于国内期刊。由此可见,一方面烫蜡作为一种传统名贵硬木家具、建筑表面装饰的方法,已经有很多国内学者对其展开研究,另一方面,为了能将我国传统烫蜡技艺在国内,乃至国外推广发扬,仍然需要加大对烫蜡技艺的研究,同时以多语言形式展现,让国际上更多人了解这项传统技艺。此外,烫蜡技艺一方面要作为一种传统技艺继承,另外也亟需进一步展开深入研究,结合木材功能性改良经验,进行烫蜡木材表面功能化的研究,或开发新型工业蜡,以提升烫蜡表面的疏水性、耐水性、耐光性和耐老化性,使烫蜡木材在展现烫蜡工艺本身柔润雅致特点的基础上,延长其使用时间。