超临界干燥技术原理及其在饱水木质文物中应用

饱水文物的脱水干燥是文物保护工作中的一项重要内容。超临界干燥技术是一项新兴的脱水工艺,其处理周期短、脱水过程不会产生破坏文物的表面张力,脱水过程同时有杀菌效果,因此备受文保工作者青睐。本文从超临界干燥技术的原理出发,详细介绍了超临界干燥的过程,常见超临界干燥仪的结构及其在饱水木质文物中的应用。     

饱水文物传统脱水方法与超临界流体干燥技术的应用

饱水文物的脱水加固是文物保护中的一个重要组成部分,为了克服干燥应力引起的文物结构的收缩和塌陷,传统脱水方法中常采用加填充剂浸渍等方法,从而使文物处理周期延长。超临界流体干燥技术利用气体在临界温度以上无论加多大压力都不能液化的特性,控制饱水文物内部的液体在临界点之上,使气/液界面消失,在无液相表面张力情况下进行的干燥过程。本工作在回顾传统饱水文物脱水加固的常用方法和存在问题的基础上,利用液体表面张力与温度的关系,从理论上解释超临界流体干燥技术用于干燥饱水文物具有能消除干燥应力的特点,介绍了国外学者利用该技术实际处理饱水文物时采用的实验装置、操作条件和干燥效果。与传统脱水方法对照,超临界流体干燥技术还具有能缩短文物处理周期、干燥过程中能同时杀菌等优点。     

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。     

饱水文物传统脱水方法与超临界流体干燥技术的应用

饱水物的脱水加固是物保护中的一个重要组成部分,为了克服干燥应力引起的物结构的收缩和塌隐,传统脱水方法中常采用加填充剂浸渍等方法,从而使物处理周期延长。超临界流体干燥技术利用气体在临界温度以上论加多大压力都不能液化的特性,控制饱和水物内部的液体在临界点之上,使气／液界面消失,在无液相表面张力情况下进行的干燥过程,本工作在回顾传统饱和水物脱水加固的常用方法和存在问题的基础上,利用液体表面张力与温度的关系,从理论上解释超临流体干燥技术用于干燥饱水物具有能消除干燥应力的特点,介绍了国外学利用该技术实际处理饱水物时采用的实验装置,操作条件和干燥效果,与传统脱水方法对,超临界流体干燥技术还具有能缩短物处理周期,干燥过程中同时杀菌等优点。     

饱水木器真空冻结干燥法中的预处理

目前我国对出土饱水木器(water-loggedwood)的脱水还很少用到冻结干燥法,因为目前我国还没有一套可投入使用的设备,所以对这方面的研究开展得甚少。 饱水木器在干燥过程中收缩变形的原因简而言之是水的表面张力所致,因而对出土饱水木器干燥技术的研究主要是解决如何消除干燥过程中水的表面张力对木器造成的影响。冻结干燥法的基本原理和过程为:先将要脱水的木器在-40℃左右的低温下冷冻,     

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。     

可溶性淀粉脱水加固定型出土饱水木质文物研究

出土饱水木质文物的保护是文保中的难点,本文探讨用可溶性淀粉、助溶剂等组成的脱水加固定型材料对出土饱水木质文物进行处理。通过扫描电镜、红外光谱等对处理前后的木质文物的各项收缩率、裂隙、扭曲及变形等外观的观察分析,结果表明该种脱水加固定型材料与出土饱水木质文物具有很好的相容性,处理后的木质文物保持了器物的原形及木质原有的色泽、质感。     

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。     

对出土饱水糟朽漆器脱水定型的实验研究——兼论饱水残破漆器的修复

1986年陕西省考古研究院(原陕西省考古所)发掘凤翔雍城秦公一号大墓期间出土的一件饱水糟朽残破漆盂,无法用其他方法对其脱水定型。而沙堆自然干燥法"也只适于处理含水量低(50%左右,最高不超过100%)、木胎质地保存较好的漆器,而不适于处理饱水糟朽漆器。为此,对此方法做了技术上的改进和实验研究。采用乳香胶丙酮溶液加固一沙堆自然干燥法对饱水糟朽残破漆盂脱水定型和修复加固。结果表明,漆盂最大长度的收缩率为零,最大宽度的收缩率为1.3%,绝对含水率为180%;漆盂无变形,彩绘色泽光亮饱满,效果满意。脱水定型机理为用乳香胶丙酮溶液加固、沙堆严格控制脱水速度和用沙堆束缚固定变形应力三重措施抵制消除了饱水糟朽漆盂脱水定型过程中的变形应力,使其脱水定型获得成功。结果提示,本方法打破了"沙堆自然干燥法只能处理含水量低,木胎质地好器物的条件限制,而可对饱水糟朽漆器脱水定型,它比原方法具有更广泛的应用范围。     

饱水木质文物的蔗糖保护法

本文概述了用蔗糖处理饱水木质文物的发展历史,并对蔗糖的脱水机理、防虫防霉处理、渗透效果等进行了阐００指出在饱水木质文物的保护方面,蔗糖是一种比较理想的保护材料。     

湖北省博物馆竹木漆器保护工作概览

饱水竹木漆器类文物的脱水保护一直是国内外学者研究的重点领域。原湖北省博物馆馆长陈中行先生1988年研发的乙二醛复合液法适用于各类饱水木漆器的脱水保护,为解决出土饱水木漆器脱水保护这一国际性难题提供了有效方案。本文对湖北省博物馆在竹、木漆器类文物的现场保护、脱水与修复、制作工艺及复原等方面的科学研究成果和工作情况进行概述。     

醇-醚连浸乳香胶渗透加固处理出土饱水竹简

主要采用乳香胶作为加固材料,利用醇、醚将饱水竹简中的水份置换,使其在干燥过程中减少表面张力,以达到保持它原来形状的目的。该项技术主要应用于山东银雀山汉简的脱水保护、安徽阜阳双古堆汉简的脱水保护、湖南长沙走马楼出土三国竹简的脱水保护。     

国外饱水木质文物保护研究进展述评

木质文物作为有机质文物的一种,一直面临出土量大、腐烂严重、后续保护不完善等问题。特别是饱水木质文物,看似保存良好,实则腐败严重,一旦脱水操作不慎,就会导致文物变形、开裂,造成严重后果。文章整理了2001年至2016年间国外有关出土木质文物的木材结构、降解机理、脱水加固方法、保存环境和现场发掘等方面的研究成果,通过与国内木质文物保护研究的对比讨论,为今后饱水木质文物的研究和保护提供参考依据。     

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。     

饱水木质文物的细菌病害及其诊断技术的进展

为了促进微生物学理论与技术在我国文物保护领域中的应用,使我国的文物保护与国际先进水平接轨,本文通过对国内外有关文物保护微生物学研究进展的综述,阐述了饱水木质文物细菌性病害的成因和机理.侵蚀细菌、钻管细菌和空化细菌是饱水木质文物细菌性病害的病原体,但它们的作用方式有一定的区别.在饱水木质文物细菌性病害诊断上,国外已较为普遍地使用了光镜技术、电镜技术、细菌培养技术以及多种分子生物学技术.根据众多样本分析的结果,国外学者已建立评价饱水木质文物腐蚀状态的定性指标体系.文中还结合目前我国有关饱水木质文物保护的现状,阐述了文物保护微生物学在我国饱水木质文物保护中的应用前景,并建议尽快开展相关的研究工作.     

出土饱水竹木器脱水保护研究

本文介绍用PEG一真空冷冻干燥法处理出土饱水竹木器的脱水原理,冷冻干燥中冷冻和升华条件,为了防止器物在冷冻过程中出现开裂,首先把器物用一定浓度的PEG水溶液含浸处理,然后进行真空冷冻干燥,使饱水木质文物脱水以达到稳定状态。同时对用PEG溶液含浸木器会使木器色泽加深等问题进行了研究。     

襄阳文物考古研究所藏出土饱水木漆器保护与修复

本文介绍了对襄阳文物考古研究所105件出土饱水木漆器进行脱水保护、修复处理的技术路线及其基本方法,所有文物经脱水保护及修复处理均恢复了原貌。     

温度和湿度对乙二醛聚合物加固饱水梓木文物性能和微观结构的影响

乙二醛聚合物加固饱水梓木文物在自然环境或者博物馆存放时,受环境因素如温度和湿度的影响会导致文物发生劣化。本研究采用傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)等方法研究了乙二醛聚合物脱水加固饱水梓木试样在不同温度和湿度环境中性能与微观结构变化。结果显示,饱水梓木文物材料经乙二醛聚合物脱水加固后,乙二醛聚合物与梓木细胞壁结合紧密,部分填充于梓木细胞内加固梓木细胞壁。试样在25℃和50%RH环境中试验30 d其结构和性能无明显变化。在60℃和50%RH环境中试验30 d,试样内部的乙二醛聚合物逐渐均匀附着于细胞壁且表面平滑,试样横截面断口平整;但试样表面的乙二醛聚合物逐渐消失,暴露出木材本体。在25℃和95%RH环境中乙二醛聚合物吸湿性明显增强,其与水的结合能力高于梓木细胞壁,乙二醛聚合物与细胞壁之间的结合被破坏,失去加固效果,但仍填充于细胞中。最后分析了温湿度对乙二醛聚合物加固饱水梓木性能与结构的影响机制,并提出了试样在吸湿和脱水过程中乙二醛聚合物与梓木细胞壁的结构变化模型。     

川杨河大型古木船室外冷冻脱水处理

1979年底上海浦东川杨河发掘工地出土了一艘古代木船.上海博物馆文物保护科学实验室对这艘大型古木船进行了室外冷冻阴干处理。采用的是利用自然气候冷冻阴干的方法.原理是将被处理物件保持在冷冻状态.利用温差产生的蒸汽压差进行升华干燥.经过十年的考验,证明这种方法对大型浸饱水木的脱水保护是切实可行的.工艺简单.干燥时间短,费用低廉,解决了国内外在处理大型浸饱水木文物方面的一些问题.     

有机硅溶胶-凝胶法饱水木质文物脱水定型加固研究

大多数饱水木质文物被发掘时已经发生了严重的降解,在干燥前若不经过适当的脱水加固处理,将发生严重的变形甚至损毁。在本工作中,基于有机硅氧烷温和的处理条件、良好的渗透性、优异的耐候性和力学性能,我们选用有机硅氧烷通过溶胶-凝胶法对来自东海沉船的饱水古木进行了脱水加固处理,并对有机硅氧烷脱水加固样品进行了扫描电镜(SEM)、X-射线能谱(EDS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和差热-热重(DSC-TG)表征以评估脱水加固效果和研究脱水加固机理。结果显示有机硅氧烷处理饱水古木能很好地保持古木的外形,收缩率小于6.50%。有机硅氧烷加固样品的抗压强度和弹性模量分别提高了3983%和1939%,热分解温度从364.8℃升高到507.7℃。有机硅氧烷能很好地渗透到饱水古木的中心部分,细胞壁的加固程度和细胞腔的填充程度和处理时间紧密相关。有机硅氧烷加固样品的力学强度随增重率的增加而增强,而增重率则可能与有机硅氧烷的缩合速率有关。