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。     

出土饱水云南松的超微构造特征

对云南剑川县出土的木质文物进行了研究,从超微结构层面更深入地解析了饱水古木的降解情况。出土的云南松(Pinus yunnansis)古木在饱水环境中淹埋了4 000多年。降解主要发生在晚材管胞,而且降解在晚材部分并不均匀:一些未降解的完好管胞分布在降解严重的管胞中。透射电镜观察显示:降解从S1/S2和S2/S3的界面开始;对于一些降解较严重的管胞,到腐朽后期细胞次生壁全部发生降解,只留下复合胞间层;细菌侵蚀是云南松饱水古木降解的主要原因。固体核磁共振结果表明:纤维素和半纤维素降解严重,木质素也出现了一定程度的降解。本研究可为其后续的加固保护提供科学的参考依据。     

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。     

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。     

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。     

云南剑川海门口遗址饱水古木降解的微观构造分析

文中采用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对海门口遗址饱水古木进行降解机理分析。结果表明:古木细胞次生壁收缩严重并与胞间层分离;胞间层保存较完好,呈连续网状。说明古木纤维素和半纤维素降解相对严重,木质素降解相对较轻。古木主要是受细菌降解,通过SEM和TEM均可见明显的细菌腐朽特征。细菌首先侵入细胞腔,再通过S3层侵入细胞壁内部。细胞壁内由于降解而产生的空隙在几十到几百纳米之间。饱水古木也受到了一定程度的真菌降解,但这类真菌主要降解古木内淀粉等物质,对细胞壁物质降解能力差,主要是使古木变色。     

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。     

四川绵阳出土的西汉饱水漆木器的前期保护工作

为保护四川绵阳出土的西汉饱水漆木器,使用脱水定型法对20件物进行了保护。选用甲醇脱水,十八烷醇加固定型的方法,继而作旧,封护。结果表明,经保护处理的物,其弦向平均收缩率为8％左右,径向平均收缩率为1％左右,说明保护处理是成功的。实验说明,甲醇一十八烷醇脱水定型法具有普遍的推广意义。     

古代饱水木材脱水定型机理探讨

从木材干缩的一般理论出发,探讨了古代饱水木材脱水变形的主要影响因素。阐述了古代饱水木材与新鲜木材的区别,提出饱水木材发生形变的主要影响因素同现代木材一样,是由于氢键缔合的结合水挥发,从而引起干缩和开裂。要保持脱水后的定型一方面要加固细胞壁外壁,更重要的从细胞壁内壁进行加固。     

古铜矿遗址地表坑木的保护

针对铜绿山古铜矿遗址露出地表的浸饱水古坑木进行了研究和保护工作,在分析湖北大冶地区的气侯和环境的基础上,根据遗址现场保护的要求以及浸饱水坑木的特性,产生出“自然慢干法”、“室外冻干法”和“木屑填补法”等处理方法,一定程度上有效地控制了浸饱水古坑木的脱水速率,并通过控制脱水速率,冻干和加固,在现场脱水保存浸饱水坑木上取得了较好的效果。     

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。     

安徽天长汉墓出土饱水漆器的脱水保护——兼谈表面活性剂在饱水漆器脱水保护中的应用

2004年安徽天长汉墓出土了一批精美的饱水漆木器,安徽博物院委托相关单位进行了脱水处理。但此次脱水不够彻底,造成部分漆器在修复后发生了漆膜起泡、开裂等现象,亟须重新脱水处理。2012年安徽博物院在荆州文物保护中心的指导下,尝试1%表面活性剂+40%乙二醛溶液浸泡方式重新处理这批漆器,取得了较好的脱水效果。实践说明,表面活性剂能有效提高饱水漆木器的渗透性,尤其对于需要重新脱水的漆木器具有较好的作用。本次采用的脱水方法为饱水漆木器脱水保护提供了新的指导思路。     

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。     

一种新型水溶性单体聚合-冷冻干燥联用法在饱水木质文物脱水定型应用中的研究

为了改善饱水木质文物脱水定型技术保护的定型效果、操作周期以及环保经济性,本研究以田螺山遗址、河姆渡遗址和茅山遗址出土的3种饱水木材试样为实验对象,进行了以水溶性单体丙烯酰胺(AM)和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)为反应物的单体聚合-冷冻干燥联用法的研究。首先在水体系中选取不同比例的AM和NVP在水溶液中聚合,并根据聚合和冷冻前后的体积变化率控制在±5%以内的标准进行聚合体系的筛选。然后选取其中5组符合条件的聚合体系对3种饱水木材进行脱水定型处理,当在聚合体系中AM和NVP的质量分数总和不高于7.5%时,经单体聚合-冷冻干燥联用法处理后的试样的尺寸变化率可控制在±5%以内,达到良好的脱水定型的效果。     

考古木材降解评价的物理指标

为寻找一种能较为科学、方便地反映木材降解程度的指标,共收集不同地方出土的13种木材,8个树种,对这些树种的考古木材与新鲜木材的含水率、干缩性、基本密度、气干密度、综纤维素等指标进行对比分析。实验表明,基本密度和最大含水率(饱水含水率)基本上能够反映古木的降解程度,可以作为反映古木降解程度的物理评价指标。     

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。     

Kauramin法加固饱水古木件的机理

利用FT IR、DSC以及形态组织观察等方法,初步探讨了Kauramin(MF树脂)法渗透加固16世纪饱水古船残块(古像木)的过程与机理。结果表明,MF树脂可填充在橡木细胞组织的各层中,与其中的纤维素、木质素等形成大量氢键,高度交联,最终形成网络状整体,从而使古木件的机械性能得以改善。     

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,     

安吉出土饱水木俑的稳定

浙江省博物馆2005年征集的3件安吉良朋出土的饱水木俑,器物局部残留暗红色彩绘,年代在战国晚期至西汉早期。鉴于木俑由阔叶材加工,绝对含水率370%,试样经纤维素含量测定,证明木材已经降解,适合填充置换法脱水定型。选用16烷醇作为填充置换材料,并采用恒温热浸工艺、通过密度和黏度标准曲线确定渗透浓度,使木俑得以稳定,终点最大收缩率控制在5%以内。     

硅胶在出土浸饱水漆木器脱水定型中的应用与研究

为解决出土浸饱水漆木器的脱水定型,采用硅胶法将出土浸饱水的漆耳杯和漆盒表面用75%的酒精棉球擦净,经软X射线对胎质进行无损检测后,用电火花打孔,然后放入干燥器皿内的托盘上,同时放入称量的变色球形硅胶,反复更换硅胶量,每次更换25g,每810天更换一次。待硅胶不再变色,器物不再减重,脱水定型完成。结果表明,各件器物平均脱水量为121g。其中,漆耳杯平均脱水率为140%,漆盒盖为120%。说明此法效果良好,值得进一步完善,加以推广。