大同市博物館館藏金代壁畫表層膠料過度聚集的去除研究

裴繼芬

【摘 要】大同市博物館館藏云大金代墓壁畫的現存狀況存在一些問題，須對其表面膠膜的揭取進行研究，尋找較好的解決辦法。云大金代墓壁畫于1988年1月被揭取，當時施工緊急，北方地區正處于最寒冷階段。該批壁畫在后期出現嚴重的空鼓、起翹、酥粉現象。該批壁畫已經過保護修復，但仍有大量的膠膜殘留在表面，既影響其藝術美感又存在較大的負面影響，所以須尋找一種較好的辦法將其去除。

【關鍵詞】壁畫 膠膜 揭取

一、表層膠膜的物質分析

（一）膠膜成分鑒定：

我們對其進行局部實驗，選用丙酮、乙醇、丙酮+乙醇（1：1）、熱水四種溶劑對其軟化。幾分鐘后觀察顯示：熱水浸濕處膠膜發生了溶脹現象，其他均未發生任何變化。

認定該壁畫的表層膠膜可能含有聚乙烯醇。壁畫的揭取多采用ParaloridB-72加固，桃膠貼布，在20世紀80年代采用聚乙烯醇縮丁醛進行加固、聚乙烯醇貼布較盛行。由于聚乙烯醇幾乎不溶于有機溶劑，但溶于水且水溫越高溶解度越大，所以經熱水浸濕后，只會發生溶脹而不會被溶解。而桃膠經過熱水浸濕后，完全溶解，最后經紅外光譜進行確認。

（二）聚乙烯醇（PVA）

1932年，歐洲的G·L·STOUT和R·J·GETTENS等人就開始將PVA應用于壁畫、塑像等藝術品的保護當中[1]，直至20世紀50年代至60年代將其應用于壁畫保護方面已取得了很多的成果。印度、希臘、波蘭等國，考古和保護學家們在對現存和發掘出的大量各類壁畫的加固、修復中，廣泛使用了這兩類高分子材料，對其保護效果也有很多積極的評價，但消極的評價也一直存在[2]。

1.聚乙烯醇（PVA）的物理、化學性質

聚乙烯醇（PVA）分子式：

PVA 溶液具有較好的成膜性，溶劑揮發后形成的膜無色透明、強度高，質地柔軟、耐磨性好。由于聚乙烯醇的單體不穩定，可通過聚醋酸乙烯水解得到。水解后殘存醋酸根大于5%能溶解于常溫水中，少于5%不能溶解于冷水中，但溶于65℃～70℃的熱水中；當殘存醋酸根小于0. 5%時，只能溶于90℃的熱水中且PVA 水溶液不易受菌類、霉類的破壞[3]，有良好的滲透性、耐老化性、穩定性、耐光性，不與壁畫材料發生任何反應，對壁畫無污染，不改變文物外觀且具有好的相容性。

2.聚乙烯醇（PVA）的溶解方法

將PVA與適量蒸餾水混合，浸泡至在水中完全分散開，再放入80℃恒溫水浴中不斷攪拌至完全溶解[4]。

二、實驗部分

實驗儀器：JJ-1精密定時電動攪拌器、 TA2003電子天平、HHS-2S電子恒溫不銹鋼水浴鍋、型號SW-CJ-1F單人雙面凈化工作臺、101型電熱鼓風干燥箱、ZB-A色度儀、實驗室高端超純水制造系統、秒表。

實驗試劑、工具、材料：聚乙烯醇、蒸餾水、桃膠、聚乙烯醇縮丁醛、草酸、鑷子、手術刀、燒杯、玻璃棒、毛刷；無機顏料、脫脂棉、宣紙、紗布、棉毛巾、薄膜。

（一）膠膜壁畫模擬試塊的制作：

1.模擬壁畫的制作

將泥土、沙子、麻刀混合，抹平，晾干；將石灰、水、麻刀和少量膠混合，抹在泥層表面為白灰層，晾干；將顏料、植物膠（桃膠）水混合，刷在白灰層表面作為顏料層。

2.膠液的制備

稱取PVA6g，緩慢加入含有194ml超純水的燒杯，浸泡2小時，且間隔攪拌，待PVA顆粒在水中充分分散、溶脹后，放入80℃恒溫水浴鍋且不斷攪拌1. 5小時，完全溶解。將制備的溶液放入錐形瓶中靜置脫泡。

3.膠膜壁畫實驗模塊的制作

將聚乙烯醇縮丁醛溶液濃度由低到高分別均勻噴涂在壁畫模塊上，待膠液完全滲透再進行下次操作，再將聚乙烯醇溶液均勻噴涂。室內溫度-2℃～-6℃，濕度80%左右，膠液在顏料層表面較多聚集。

（二）膠膜溶脹度的測定

1.膠膜的制備

取一定量上述制備好的膠液，均勻倒在干凈的玻璃板一端，用刮刀刮成一定厚度，晾干，再放入35℃的恒溫干燥箱內3小時，再晾干。

2.溶脹度的測定

溶脹度是指聚合物分子吸附溶劑分子達到溶脹平衡時，溶脹后的體積與未溶脹前的體積的比值。

將PVA膜裁剪適當大小若干，用分析天平稱量膜的重量為M，浸入超純水一定時間取出，將表面殘留的蒸餾水迅速擦拭稱重為M0。[5]溶脹度如下式所示：Dg=（M0-M）/M×100%

圖1為不同溫度下，膜的溶脹度隨浸泡時間的變化關系?？梢钥闯觯弘S著浸泡時間的延長，溫度的升高，溶脹度逐漸增大，只是增大的程度明顯不同。溫度升高，聚合物鏈結間的活動性增強，自由體積增大，滲透物分子的活動性也增強，最終導致膜的溶脹度增大。隨著時間的延長，膜中吸附溶解的水液量逐漸增大，最終達到溶脹平衡。由于溫度、水分對壁畫都存在一定的負面影響，所以我們通過對膠膜的溶脹度進行測試尋找出膠膜發生溶脹的較適宜溫度和時間條件，能夠在接觸較短的時間、水溫較低的條件下盡可能使膠膜發生溶脹，利于膠膜揭取，同時對壁畫自身的負面影響盡量降至最低。再結合壁畫保存的最適宜條件，選擇水溫在45℃左右，浸泡3～6分鐘為最適宜條件。

3.膠膜紅外數據測試

由圖2所示：圖中A為原始壁畫揭取的膠膜，B為紫外光老化后模擬壁畫揭取的膠膜，C代表膠液制成的膠膜。A、B比較，某些區段A出現了峰值，因為壁畫在保護修復中使用Primal SF-016加固，可能為丙烯酸樹脂的某些基團峰值。B、C比較，吸收峰位置沒有明顯變化，表明紫外光老化對其化學結構沒有發生明顯改變。

4.色差測試

色差是從微觀上表示顏色的變化程度，即色調、飽和度和亮度三者綜合的差異。計算公式如下：△E=[（△L*）2+（△a*）2+（△b*）2]1/2，△E值越大，色差值越大。在按照△E值來判斷顏色的變化時可將△E分為5個等級[6]：

1級為大變化，△E≧12；

2級為明顯變化，6≦△E<12；

3級為可感變化，3≦△E<6；

4級為微小變化，1≦△E<3；

5級為極微變化，△E<1；

對壁畫模擬實驗塊與模擬表層聚集膠膜的壁畫實驗塊的色度數據進行比較，即進行色差測試來觀察膠膜的形成對壁畫顏料層顏色的改變。分別測量了8個實驗塊的色度數據，每個實驗塊選取一個點，每個點測量三次，三次數據的平均值確定點的色度數據[7]，色度測量結果與色差值顯示如下（見表1） ：

結果顯示：顏料層表面膠膜形成前后的8組實驗塊的色度數據顯示，△L、△a、△b三個數值為負，即表現為顏色整體偏暗、少紅、少黃。膠膜主要成分為聚乙烯醇，含有少量加固過程中未完全滲透的聚乙烯醇縮丁醛，兩者成膜后無色透明，但顏料層亮度仍明顯變低，色差平均值是3.41即3級可感變化，表明膠膜（注：整個圖譜峰值偏低可能因透過率較低導致）的存在對顏料層有一定的影響。

膠膜形成后在15W紫外燈下距離20cm光照一個月，進行紫外光老化，明顯看出顏色發暗且膠膜局部起泡即顏料層部分分離，肉眼已明顯看出。膠膜的存在嚴重影響壁畫的藝術美感和欣賞價值。

5.附著力測試

漆膜附著力是指漆膜與被附著物體表面通過物理和化學作用結合在一起的監牢程度[8]。按《漆膜附著力測定法》（GB1720-79（89））測試漆膜附著力，附著力分為6個等級，如圖所示：

。

0級 1級 2級 3級 4級 5級

表層聚集膠膜的壁畫模擬試塊先紫外光照老化兩周后測試，再繼續老化四周后測試。光老化后對壁畫的支撐體進行弱酸腐蝕老化以便降低支撐體強度，先用超純水滲透再加3%的草酸一次后晾干，測試，再重復上述操作一次。附著力等級越高表明老化強度越大，顏料層與地仗層間的粘接力越小，與原壁畫的狀況越接近。

漆膜附著力測試結果如表2-3 所示：

三、材料的選擇

（一）材料的制作

選用吸水性較好的以下幾種材料進行對比。

紙漿的制作：將準備好的宣紙手撕成碎片，越小越好，然后倒入蒸餾水將碎紙片完全淹沒，浸泡一段時間，用長刀刃的抹刀進行攪拌，將碎紙片攪拌至漿糊狀為止，自然晾干備用。

純棉毛巾、脫脂棉、棉紗布：裁剪成3. 5×5cm大小，厚度約0. 5cm的塊狀備用。

（二）材料的吸水量

將材料裁剪成3×3cm等大小的塊狀，干燥時稱量質量為M，用鑷子夾取材料放入盛水的燒杯中，至飽和狀態，迅速取出，在燒杯邊輕磕至不滴水狀態，稱量為M0。每種材料重復操作三次，計算三次測量結果的平均值，如表4所示。比較每克材料中的吸水量X。計算公式X =（M0-M）/M×100%

由表4可以看出脫脂棉的吸水量是其他三種材料吸水量值的近4倍，同時材料達到飽和狀態的時間為脫脂棉的最短。所以選擇脫脂棉作為吸水材料較理想。

（三）操作方法

用鑷子夾取備用材料，浸入45℃的超純水，水分不宜過多，手指輕捏至不滴水狀態，將該材料平鋪在需揭取膠膜的壁畫模塊處，蓋上塑料薄膜，放置3分鐘，保持膠膜與溫水發生充分溶脹，移去薄膜和材料，觀察膠膜的變化，表層膠膜不宜過濕，水分殘存過多可用棉簽輕輕擦拭。

操作中一定要小心、謹慎，用尖頭鑷子尋找一處作為始入點，左手的手術刀柄部傾斜，刀刃不與顏料層接觸，刀片與顏料層表面夾角成40°左右，適當用力壓住需揭取處，右手用鑷子夾緊膠膜，以拇指和食指發力操作，輕輕后拉揭取。操作過程中以腕部定位，手指靈活敏捷，用力均勻、適度，利用刀刃切入顏料層與膠膜之間，從一側往另一側一刀挨著一刀循序漸進，重復操作。該操作一定要有耐心，動作一定要輕、慢，力度適當。該過程一定要靈活掌握，隨時調整力度和方向。同時受其它各種條件的限制，每次操作只能小面積進行。

以上四種材料采用以上方法分別進行操作，脫脂棉效果最好，最為理想。

四、總結和討論

壁畫表層膠料聚集同時經過多年的自然老化，導致壁畫大部分膠膜與顏料層間的粘接強度遠大于顏料層與地仗層間的粘接強度所以此種狀況下我們采用先加固后揭取的步驟進行表面膠膜揭取。

1.膠膜成分PVA只會在水中發生溶脹而不能溶解。溶解需要高溫下不斷攪拌。通過改變溫度和浸泡時間對膠膜的溶脹度測試選擇較適宜的條件。

2.溫度和水分（濕度）對壁畫的負面影響毋庸置疑。溫濕度變化直接引發多種病害，其最明顯的有壁畫顏料變色、酥堿、起翹和膠料老化等。壁畫保存溫度18℃～24℃，濕度50%～60%，揭取水溫選擇在45℃左右，浸泡3～6分鐘為最適宜條件，材料選用醫用脫脂棉。

3.通過色差測試得出膠膜的存在為可感變化，再經長久老化后非常明顯，表明嚴重影響其藝術美感和欣賞價值。同時受溫濕度的影響會對壁畫有較大的負面作用。

4.操作過程一定要小心謹慎，動作輕且慢，找準切入點逐步進行，要有耐心，用力適當最為關鍵。

參考文獻：

[1]G.L.STOUT.R.J.GETTENS.Transport des fresques orientales sur de nouveaux support [J]. Mouseion，1932，17-18.

[2]Marxen-Wolska，E.Polyvinyl acetate in the conservation of the wall paintings[C].Science，technology and European cultural heritage：proceedings of the European symposium.Bologna， Italy，13-16 June ，1989.

[3]李芬蘭.水溶性粘合劑的研究[J].河南科技，1987，（7）.

[4]李正西.聚乙烯醇的性質及應用[M].1990，（1）：42-42.

[5]李春利，薩沙.戊二醛交聯聚乙烯醇膜在醇/水介質中溶脹性能的研究[J].河北工業大學學報，2005，（6）：35-38.

[6]徐方圓，解玉林，吳來明.文物保存環境中溫濕度研究[J]文物保護與考古科學，2009.

[7]馬贊峰，青木繁夫，犬竹和.敦煌莫高窟壁畫地仗修補材料篩選[J].敦煌研究，2007，（5）：22-27.

[8]鄭國娟.漆膜附著力及其測試標準[J].標準評介，2003，（5）：23-24.