浅析木质文物保护研究新进展

摘要：木质文物作为考古出土的重要有机质文物的一部分，由于其一直面临出土量大、糟朽严重、后续保护不完善等问题，尤其是对饱水木质文物的保护，因而引起广泛重视。文章从出土饱水木质文物的脱水加固研究方面入手，综述目前国内外这一领域的研究进展，并展望未来的研究和发展方向。

关键词：木质文物；饱水木材；脱水；保护技术

引言

木质文物，一般是指古代遗留下来的木制品和竹制品，从古代的战船、佛像、棺椁、墓葬到木牍、竹简和各种工艺品等[1]。与古代建筑相比，出土木质文物的病害问题更为复杂，木质文物保护问题已成为我国文化遗产的研究重点[2]。饱水木质文物需要对其进行高效脱水定型，现有的研究成果可归纳为物理脱水（自然干燥和冷冻升华）与化学脱水（化学置换、化学置换聚合、化学置换填充等）两种方式[3]。另外，近年来在我国发掘的木质文物中也出现一些新应用。总之，在今后的木质文物保护过程中，将采用两种不同的方法处理脱水。

此外，中国各类古代建筑以木质居多，造型各异、构造奇特的木制品也被当作文化遗产来对待。因此，对于现有木构建筑遗产的研究与保护，对于弘扬传统文化、加强史学研究具有重要的现实意义。

一、国内外研究现状

（一）木材干缩原理

健康木材干缩湿胀是指在干燥过程中，由于吸收一定的水分，使其体积减小或增大，其中，水分是造成干燥收缩和潮湿膨胀的主要原因。木材纤维的湿润膨胀主要是因为木质纤维与纤维之间、纤维与晶体之间的水分被吸收，使得水分加厚，引起木质纤维的膨胀。同时，干燥收缩也是一个反向过程。

对于考古出土的饱水木材而言，根据相关研究发现，饱水糟朽木材与健康木材存在不同：第一，与木材纤维饱和度原理不符，当水分含量超过30 %时，即使是木质材料中的游离水分也会迅速流失。若重新烘干，则未达到原纤维饱和度原理，而在失去自由水时开始收缩。第二，自然干燥后，常常出现较大的收缩，再浸水后，虽有局部吸潮膨胀，但总体上与原始尺寸相差较大，且木质化程度愈高，其差异也愈大。若每次干燥、湿膨胀过程不断重复，则每次干燥与湿膨胀之后，尺寸将变得更小。第三，随着木材腐朽程度的增加，初始收缩的含水量点会向水分饱和的方向转移[5]。因此，考古发掘的水分饱和的古木在风干后变形的原因包括水的作用和木材结构的改变。为此，在潮湿环境下对木材进行“脱水处理”和“纤维增强”是行之有效的方法。

（二）脱水定型方法

1.脱水加固

针对不同类型、不同程度腐朽的木质文物，应采取不同的保护措施。饱水木质文物的保护主要包括两方面内容：一是设法把木器中的过量水分除去，在不改变器物原形的前提下脱水定型，如采用极性较弱、表面张力较小的溶剂，如乙醚、丙酮等有机溶剂，通过递增化学溶剂的浓度，将饱水古木中的水分置换出来，从而避免出土木质文物因水分蒸发造成严重的收缩变形；二是使用适当的物质加固器物，以提高其强度，如采用一定的化学药剂或聚合物，通过递增浓度或其他方法渗透到木材空隙中，从而置换出木材中的水分，但药剂仍留存在空隙之中。饱水木质文物的脱水定型，国内外学者做了大量的工作。

聚乙二醇（PEG）具有良好的渗透能力，可有效提高木材的机械性能，目前已被广泛应用于饱水木质文物中。20世纪60年代，PEG曾被用来防止古代Vasa船的干燥。聚乙二醇还被用作波兰的Poznan遗址的现场防护，以减少木头的吸湿性[6]。日本学者Rie Endo曾尝试将羽浆中的羽毛角蛋白提炼出来，用于木质的脱水防护[7]。意大利学者 Gianna等报道聚丙二醇（PPG425）、海藻糖（吡喃—吡喃）及羟基纤维素（Hydroxypropylate）在不同树种及温度下进行的干燥定型试验，得到以羟基纤维素替代水为主要原料的冷冻干燥处理方法，结果表明，以羟基纤维素替代水分为主要成分的干燥方法得到冻干方法，有较好的结果[8]。挪威学者 Mikkel等认为，以聚乙二醇（PEG）、密胺树脂（三聚氰胺）等作为填料，会导致木质结构的塑性形变，需要利用生物材料构建支架[9]。

除了化学脱水填充方法外，笔者还对饱水木质文物的脱水加工处理应用进行研究，常用的有自然干燥法、真空冻结法、硅胶吸附法等。英国Samuel等利用甘露醇和海藻糖分别对不同的试样进行不同程度的预处理，并对冻干后的试样进行实时显微分析。结果表明：经山梨糖醇改性后的试样，其收缩小、穿透速率高，并且在较低的温度下较难从低温冻结中沉淀出来。

国内学者在木质文物的脱水定型上也颇有研究：1979年，胡继高等[10]在对银雀山和马王堆出土竹简脱水处理中，运用醇—醚连浸法，试验结果表明醇醚脱水对马王堆竹简有效，但不适用于银雀山竹简的脱水定型；1999年，上海博物馆陈元生等[11]在抢救一批严重糟朽的战国竹简时运用真空冷冻干燥技术，脱水定型效果良好；2000年，南京博物院张金萍等[12]用蔗糖对饱水木质文物进行处理，效果良好；2006年，张振军等[13]使用乳糖醇处理出土饱水古木，80 %浓度处理后的效果较为理想；2009年，李玲等[14]采用浓度20 %和40 %的乙二醛溶液，与分子量为4000乙二醇溶液进行交联处理考古出土的饱水木质文物，使处理后的木材抗胀缩能力增强，同时古木的阻湿能力也大大提高，使出土饱水木材的尺寸稳定性得到提高；2010年，程丽臻等[15]研究的PEG复合液（PEG+二甲基脲+尿素）在脱水加固定型九连墩出土残损漆木器文物时，效果良好，使漆木器的脱水时间缩短1/3至1/2。

2.超临界流体干燥技术

上海博物馆文物保护与考古科学实验室采用一种利用超临界流体（SCF）的方法来对饱水木材进行防护，超临界流体是一种流体，其温度、压力都在某一临界值之上。它具有以下特征：1.同时具有较高的扩散系数与较小的黏度，使其在液体中的扩散系数比液体大2个数量级，因而具备优良的流动性、渗透性及传质性能。黏度比液体低1个数量级，近似于普通气体。2.与液体类似，比一般的气体低两个数量级，易溶于物质；气—液两相间存在，且对外界环境的改变十分灵敏，在温压的细微改变下，其浓度都会产生较大的改变。随着浓度的增加，溶质发生相转移[16]。它自20世纪60年代兴起以来，由于在材料加工、天然香料提取、医药、化工、环保等领域广泛应用，使其在食品加工、天然香料提取、医药、环境保护等领域具有广泛的用途。

饱水木质文物的保存是目前面临的难题之一，即如何解决干燥应力问题。目前普遍采用的是通过调控环境相对湿度或使用低表面张力的溶液来减少烘干过程中的压力，或者添加聚乙二醇、糖类等填料来增强材料的机械强度，达到抵御高温环境的目的，但都无法从根本上解决该问题。要防止干燥应力的出现，必须消除气液界面的影响。本文提出一种基于“在高于临界温度时，不论外加多少压力均不会发生液化”的新方法，即通过将饱水文物内的中的液体物质置于某一临界点上方，通过减少气—液两相间的接触，达到不含液相的表面张力干燥。在这些研究中，超临界二氧化碳引起人们的广泛重视。它具有无毒、不易燃烧、价格低廉等优点，同时具有较小的浓度、较高的传质速度、合适的临界温度及压力。

英国圣安德鲁大学 Kaye等首次将超临界二氧化碳应用于古迹的干燥领域，提出一种可重复使用的方法，以实现对古器物的有效回收。法国 Grenoble文化遗产研究所的研究人员 Coeure et al.[17]也将超临界CO2与 PEG联合应用于文物的干—水分离，取得较为理想的结果。

2000年后，国内也开展相关研究。2010年，中南大学的梁永煌等[18]综述超临界CO2萃取干燥技术及原理，对国内外应用该技术对饱水文物脱水研究进行简要评述，并展望其发展趋势。随后，该团队在2011年采用超临界CO2对战国时期的饱水竹木漆器（含水率大于200 %）进行脱水干燥[19]，结果表明，当烘干温度为50 ℃、气压25 MPa、CO2流速20 kg/h时，干燥、脱水5小时后，木材含水量不超过15 %，涂膜完整、颜色鲜艳、外观完整，未见任何干缩、裂纹、破损等缺陷。2014年，湖北省博物馆江旭东[20]等人对超临界干燥技术进行较为详尽的论述，并对其在浸出水分条件下的木材制品进行较为详尽的研究；同年，荆州文物保护中心方北松[21]采用超临界CO2的脱水方法，通过乙醇的预处理，对饱水竹木质文物进行干燥脱水，并取得较为理想的脱水效果。2020年，北京航天长征飞行器研究所穆磊等[22]联合中国文化遗产研究院李乃胜等以“南海Ⅰ号”船体的部分构件为研究对象，开展将超临界CO2流体干燥技术应用于海洋出水木质文物的探索实验研究。研究发现，在温度40℃、压力20 MPa的条件下，超临界CO2流体干燥海洋出水木质文物效果明显。文物干燥前后含盐率的测量结果表明，此干燥技术还具有明显的脱盐效果。

二、脱水加固技术研究展望

在过去的20多年里，超临界流体是一项新兴的研究课题。尽管在理论和实践上均优于常规的饱水文物脱水，但受限于设备条件、样品来源等诸多限制，目前对其在小型饱水文物的干燥方面的研究还处于探索阶段，一些具体的方法还停留在经验积累阶段。在此基础上，如何处理大体积的木质文物，即对大量的木材进行有效的处置，并选用无毒无害的替代液体，无疑是今后重点研究的方向。

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作者简介：

杨澜（1999—），女，汉族，陕西汉中人。在读硕士研究生，研究方向：文物保护学。