薄荷醇在“南海Ⅰ号”饱水木质文物上安全脱除方法的实验室研究

薄荷醇作为新兴的考古出土脆弱文物提取用临时固型材料,在越来越多的考古现场得到了应用,涉及文物材质不断增多,但是文物提取到室内之后薄荷醇如何快速、安全脱除成为后期处理时面临的实际难题。最常用的去除方法是让薄荷醇自然挥发,但是薄荷醇挥发的同时,水分也会挥发;随着水分的挥发,对失水敏感的饱水有机质文物将会出现干缩等问题。为研究薄荷醇在饱水木质文物上的安全脱除技术,本研究以“南海Ⅰ号”沉船出水的饱水树皮和糟朽散木为对象,探讨自然挥发、补水挥发、乙醇去除、乙醇去除+补水、加热+补水5种不同的脱除方法,通过评估不同方法处理前后树皮和散木的外观形态、质量损失和尺寸稳定性,优选出适合饱水木质文物上薄荷醇的安全脱除方法。结果显示:树皮脱除薄荷醇需要补水,散木脱除薄荷醇需要乙醇快速去除。 综合效果来看,乙醇去除或者乙醇去除+补水相结合的方式是饱水木质文物最佳的薄荷醇安全去除方法。本研究将为考古和文物保护人员在使用薄荷醇提取饱水木质文物后期处理上提供技术参考。     

饱水木质文物的风冷干燥脱水研究

许多出土饱水木质文物因其降解严重、含水率较高,容易在脱水过程中出现不可逆的收缩变形以及开裂现象,从而遭到严重破坏。因此,饱水木质文物脱水方法的研究是文物保护工作中的重要课题。为探究风冷冷冻法对饱水木质文物脱水的效果,以一批无法复原的出土饱水木质文物为研究对象,在对其材种、含水率、基本密度及化学成分进行了测定和分析后,使用一台风冷电冰箱在-18℃条件下对样品进行了风冷干燥脱水处理,记录脱水时间和脱水效果,并分析了该方法的传质传热特点,证明了风冷干燥法用于饱水木质文物的脱水干燥能够取得良好效果,并且具有对文物干预小、适用性广、操作简便、成本低廉等优点,为饱水木质文物的脱水处理提供了一种新的思路。     

γ-巯丙基三乙氧基硅烷对饱水木质文物的脱水定型机理研究

饱水木质文物的脱水定型是该类文物最核心的保护需求之一,围绕这一保护需求已研究了天然树脂、聚乙二醇、糖类、乙二醛等多种保护加固材料,近期研究表明有机硅氧烷具有优异的脱水定型效果,其中γ-巯丙基三乙氧基硅烷(MPTES)最佳,但含巯基材料与木质文物的相互作用尚未得到较好的解释,对其进一步地研究或可为饱水木质文物保护材料的研发提供新的思路和借鉴。 在本研究中以MPTES处理后的南海一号出水船板马尾松(Pinus massoniana)为研究材料,通过增重率、收缩率、扫描电子显微镜观察(SEM)和傅里叶变换红外光谱分析(FTIR),研究其脱水定型效果与巯基的关系以探讨其加固机理。结果表明:1)MPTES处理后的古代饱水木材样品具有良好的尺寸稳定性(最低3.5%体积收缩),脱水定型效果印证了以往研究中的结果,并进一步得到在低增重率下(约干重的50%)较为理想的效果;2)SEM观察表明硅氧烷均匀地分布于细胞壁内部而非沉积于细胞腔内;3)处理条件(时间、浓度或水分含量)、宏观指标(增重率和收缩率)、显微形貌变化与FTIR图谱中芳醚伸缩振动吸收峰、聚硅氧烷相关吸收峰均呈现明显的相关性。 根据上述结果,着重讨论了巯基与木质素反应的机理,认为两者的反应可能与海洋出水饱水木质文物在还原性埋藏过程中有机硫化物的形成过程、造纸工业中硫酸盐制浆法的初期反应原理具有相似性,涉及在酸或碱催化下木质素醌甲基化合物中间体的形成和巯基进一步与该中间体的加成反应,最终得到硫醚的结构。由于MPTES水解后同时具备能与木质素反应的巯基和能与纤维素羟基发生缩合或氢键作用的Si-OH,使该材料具有多样的化学结合能力,能够加强纤维素和木质素自身和互相之间多种界面结合力,提高饱水木质文物中残余组分的整体性和强度,从而获得更好的脱水定型效果。 本研究在一定程度上阐明了MPTES加固饱水木质文物后获得良好脱水定型效果的原理,在此基础上进一步认为,在饱水木质文物保护材料引入适度反应性的巯基等基团可进一步提高材料的脱水定型效果,这一思路在未来饱水木质文物保护材料的研发中具备良好的研究前景和应用价值。     

出土、出水饱水木质文物冷冻干燥研究进展

冷冻干燥是稳定出土、出水饱水木质文物的主要方法之一。该方法基于水由固态直接成为气态的升华过程不产生表面张力的原理,可避免饱水木材脱水时受到干燥应力的破坏。数十年来,经过实验实践和不断完善,冷冻干燥在出土、出水降解木材的稳定中取得了很好的效果,在大型、厚重木质文物的保护方面得到成功应用。本研究基于在出土、出水含盐饱水木质文物保护方面的多年实践,对国内外在脱盐、抗菌、热浸、预冻和升华干燥工艺等方面的进展进行了回顾,并提出了解决一些现有问题的技术设想。     

超临界CO2流体干燥海洋出水木质文物的实验研究

有研究表明,相较于传统的干燥技术,利用超临界CO₂流体干燥技术对出土饱水竹木器进行干燥具有周期短、变形小的优势。与出土饱水竹木器相比,海洋出水木质文物除了含水率高外,还含有较多的难溶性盐分,在文物的长期保存和展览中,盐分与水分、空气、文物本身进行化学反应会加速文物的老化和腐蚀。因此,本研究以“南海Ⅰ号”船体的部分构件为研究对象,开展了将超临界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。实验结果表明,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,样品的三向干缩率均低于或者接近健康木材阴干的三向干缩率;含水率大幅度下降,经过超临界技术干燥后不需再做其他干燥处理就能满足文物保存的要求。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脱盐的效果。     

用甘露醇和PEG保护饱水木质文物的冷冻干燥法

本文描叙了出土饱水木质文物保护的一种新方法。这一方法是将饱水木质文物浸泡在甘露醇与PEG溶液中,而后进行冷冻干燥,它是对传统的甘露醇冷冻干燥法的改进与提高。该方法具有尺寸变化小、操作时间短、工艺简单等优点。     

动态粘度法测定饱水古木尺寸稳定剂PEG浓度

高聚物置换法是稳定出土饱水木质文物的主要方法之一,其关键技术是确定热浸置换液的浓度。本文以动态粘度法研究了饱水木质文物尺寸稳定剂PEG(聚乙二醇)2000和PEG4000的粘度与浓度的对应关系,以及不同抗菌剂壳聚糖、儿茶素和纳米氧化锌对PEG溶液粘度的影响,建立了以动态粘度法测定PEG复配溶液浓度的方法。     

江陵天星观一号楚墓出土饱水木漆器F455中细菌对硬松木的腐蚀研究

研究木质文物中的细菌对木材腐蚀性影响,筛选防腐剂抑制腐蚀性强细菌的腐蚀作用,是延长木质文物保存期的一种有效的生物保护措施。为研究饱水木漆器F455及其水环境中细菌的种类,以及对木材的腐蚀程度,采用16S rRNA基因序列分析方法及生理生化试验,对饱水木漆器F455及水环境中细菌进行鉴定,并选取典型菌按5×10~8个/瓶菌量接种马尾松心材(悬于无菌自来水中),37℃培养120d,测试木材的损失率。结果发现,从F455文物挑选的32株细菌中,有29株菌鉴定为芽孢杆菌属(Bacillus),为优势菌属,其余为短杆菌属(Brevibacterium)、短波单胞菌属(Brevundimonas)和产碱杆菌属(Alcaligenes)各1株。水样样品中细菌菌属较F455文物样品中丰富,27株菌有9个属,其中短杆菌属(Brevibacterium)有9株,为优势菌属,其余交替赤细菌属(Altererythrobacter)有5株,短波单胞菌属(Brevundimonas)有4株,产碱杆菌属(Alcaligenes)有3株,黄杆菌属(Flavobacterium)有2株,芽孢杆菌属(Bacillus sp.)、白色杆菌属(Leucobacter)、类芽孢杆菌属(Paenibacillus)、苍白杆菌属(Ochrobactrum)各1株。从2种样品材料的分离菌中共挑选出14株典型菌进行木块腐蚀试验,与对照组比较,其中有9株菌差异极显著。说明这些菌对马尾松木材有一定的腐蚀作用,但是腐蚀率非常低,最高仅1.56%。表明这些细菌对试验木材马尾松腐蚀并不严重。该研究分析了饱水木漆器长期保存在水槽中细菌对木漆器的影响,丰富了饱水木漆器文物生物影响的理论依据。     

海洋出水南宋古沉船饱水木构件的定形保护

华光礁Ⅰ号南宋古沉船遗址打捞出水饱水木构件的定形保护工作包括木构件的材性分析、盐分分析与可溶盐脱除、聚乙二醇(PEG)2000渗透填充与真空冷冻干燥脱水等内容。材性分析结果表明木构件属于松属木材,绝对含水率和化学成分含量分析结果标明木构件降解严重。盐分分析与可溶盐脱除实验表明,木构件内部含有大量的可溶盐以及难溶和微溶的无机盐,采用去离子水浸渍方式可以脱除渗透入木构件内部的绝大部分可溶盐。与自然干燥引起的试样严重收缩开裂相比,用PEG2000为定形加固剂结合真空冷冻干燥的方式可以对木构件起到良好的定形保护效果。定形保护后的木构件尺寸稳定性大大增强,木质纹理清晰自然,木构件表面的附着物以及附着物中凝嵌的残瓷片和残存的海虫躯壳也清晰可见。     

一种饱水木质文物含水率无损检测方法的研究

含水率是评估饱水木质文物糟朽程度最常用的物理参数之一。目前含水率检测常用方法有烘干法、电阻法、近红外光谱法等,但这些方法或属于破坏性分析,或检测范围不适用。为寻找一种适用于饱水木质文物含水率的无损检测方法,基于饱水木材组成理论模型,建立了含水率与湿态密度、灰分含量三者之间关系,进而提出一种检测含水率的便捷方法——溶液密度法。采用上述方法对天长、淮北等地出土饱水木质样品含水率进行测试,并与烘干法测得标准值进行验证。结果发现两者数据较为接近,相对误差在10%以内,证明了该方法的可靠性。进一步研究发现,样品越糟朽,使用该方法获取的数据与标准值之间相对误差越小。说明该方法更适用于糟朽饱水木材含水率的检测。