薄荷醇在墓葬壁畫搶救性揭取上的應用研究

韓向娜 張秉堅 羅宏杰 黃曉 蘇伯民

內容摘要：薄荷醇是一種天然產物，在食品、日化和藥物產業方面均有廣泛的應用。利用薄荷醇在室溫下能夠自然揮發的特性，本文提出將其作為新型的墓葬壁畫揭取材料用于考古發掘現場出土的墓葬壁畫搶救性保護。在實驗室對利用薄荷醇揭取壁畫的可行性進行了系統研究，結果表明：薄荷醇能夠滿足壁畫揭取的需求，在高于其熔點20—40℃的溫度下施工具有最好的揭取效果，多次涂刷能夠達到最佳的加固效果。使用薄荷醇對西安市一處唐墓壁畫進行了現場壁畫揭取試驗，結果顯示薄荷醇是一種有效的墓葬壁畫揭取材料。

關鍵詞：薄荷醇；壁畫揭取；臨時固型；可控去除

中圖分類號：K854.3 文獻標識碼：A 文章編號：1000-4106（2016）05-0142-08

Abstract： An important natural compound extracted from plants， menthol has been widely used in the food， cosmetic， and pharmaceutical industries. By taking advantage of its ability to volatilize at room temperature， this compound has been proposed as a new material useful for removing ancient tomb murals for better on-site conservation. This paper presents a feasibility study of menthol for this purpose under systematic laboratory conditions， concluding that menthol indeed meets the requirements of mural conservation work. Menthol's best operational temperature is about 20-40 ℃ higher than its melting point and the duplicative treatment of melted menthol shows the best consolidation efficacy. Finally， a field test was successfully carried out in a Tang dynasty tomb in Xian， which further proved that menthol is an effective material for separating the murals from the walls.

Keywords： menthol； ancient murals； Detachment； temporary consolidation； controlled removal

1 引 言

壁畫是依附于建筑物墻壁上的繪畫。中國古代的壁畫藝術包括建筑壁畫、石窟壁畫和墓葬壁畫等。這些壁畫反映了當時社會政治、經濟、文化、生活習俗、宗教、藝術、哲學、美學等諸多方面，其制作方法也與當時的政治、經濟、文化、技術發展水平相適應。其中墓葬壁畫是人們幻想在死后繼續享受生前生活的反映，內容豐富，題材廣泛，具有鮮明的時代特征，集中體現了當時壁畫藝術的杰出成就。墓葬壁畫因為深埋在地下而得以留存，彌足珍貴，具有極高的歷史價值、藝術價值和科學價值。

墓葬壁畫大多繪制在草拌泥的地仗層或者白灰層上，稱為有地仗壁畫；有的直接繪制在整修平整的墓壁上，稱為無地仗壁畫。墓葬壁畫的這種結構決定了其脆弱性。在埋藏環境中長期受地下水和可溶鹽的侵蝕，地仗材料變得疏松，力學強度下降，導致壁畫開裂、空鼓、脫落、甚至坍塌。壁畫顏料層中的膠結物老化失去黏結力，使得顏料層起翹、粉化、脫落等。再加上盜墓活動，目前考古發現的幾乎所有的墓葬壁畫都存在不同程度的破壞。由于發掘現場條件和壁畫出土狀況的限制，原址保護不太可能，在絕大多數情況下墓葬壁畫需要揭取遷移至室內進行保護[1]。

墓葬壁畫的保護包括兩部分，一是考古發掘現場的保護性揭取，一是實驗室內的保護修復。目前墓葬壁畫的保護性揭取的主要工藝：考古現場原始記錄、畫面預處理、確定分割線制壁畫夾板、逐塊烘干、加固并封護、涂膠、貼紙、貼布、再烘干、切割畫面、揭取、包裝運輸和暫存[2]。在揭取壁畫時，要求起加固封護作用的揭取材料能夠固型，在切割、揭取、轉移壁畫的過程中不變形，具有一定的抗震動能力和機械強度，在后續保護修復中可以去除、無毒無殘留、不影響其他加固劑、封護劑和支撐材料的使用，不能造成壁畫基底損害等。

曾用來加固封護的揭取材料有團粉漿糊[3，4]、桃膠[5]、環氧樹脂[6]、PrimalSF-016[7]、聚乙醇縮丁醛類[8，9]和Paraloid B72等。使用這些揭取材料時，需要提前對壁畫進行烘干，以增加材料的滲透深度，縮短固化時間。但是烘干壁畫，工程浩大，耗時耗力，尤其在空間狹小、高濕低溫的墓室中，要不間斷連續烘干，烘干后必須立刻涂膠，以防回潮。這極大地限制了操作時間。烘干墓室造成工作環境悶熱難耐，大大增加了工作負荷。對壁畫揭取材料的性能和作用機理認識不足，加之環境因素的影響，導致已經揭取壁畫遭受二次損壞的越來越多，這一點已逐漸引起壁畫保護工作者的關注和重視[10-12]。

經過大量調研，我們發現，薄荷醇在室溫下可以升華，具有揮發性，能夠實現臨時固型和后期的可逆去除，可用于墓葬壁畫的揭取。

薄荷醇通常是由薄荷的莖葉經過水蒸氣蒸餾提純得到的[13]，為無色針狀或粒狀結晶。薄荷醇有8種異構體，它們的呈香性質各不相同，左旋薄荷醇具有薄荷香氣并有清涼的作用，消旋薄荷醇也有清涼作用。早在2000年前，薄荷就被用來入藥，具有止癢[14]、止痛[15]、安定皮膚[16]的作用；薄荷醇還可用作牙膏、香水、飲料和糖果等的賦香劑[17，18]。作為藥物和食品添加劑，薄荷醇的毒理毒性數據健全[19，20]。薄荷在我國種植面積廣泛，產量巨大、品質優良、價格低廉；薄荷醇加工工藝成熟。2012年前，中國一直是全球最大的薄荷種植國。中國的薄荷油、薄荷醇產銷量和出口量約占當時國際市場的50%；國內薄荷粗油總產量曾一度達到8000多噸，出口約占產量的6成左右。薄荷醇在中國的諸多優勢，是我們優先選用它作為新型壁畫揭取材料的原因所在。并且，在我們之前的工作中，薄荷醇已經作為臨時性固型材料，成功應用于秦始皇兵馬俑博物館1號坑發掘現場[21，22]。

通過實驗室研究薄荷醇的滲透深度和滲透分布，我們評估了薄荷醇的壁畫揭取能力，研究了薄荷醇的最佳施工溫度和施工工藝，并在現場試驗中使用薄荷醇成功地對西安市一處唐墓壁畫進行了揭取。

2 實驗部分

2.1 材料和試劑

2.1.1 模擬陶胎樣品

本次實驗中采用自制的模擬陶胎樣品，以代替文物樣品。將取自秦始皇陵園北側附近的黃土過40目篩子，壓成20cm×5cm的磚塊，先在110℃烘箱中干燥5h，再在干燥器中冷至室溫，最后在700℃下燒制，得到模擬陶胎樣品（以下簡稱陶胎樣品）。其礦物成分主要包括絹云母、石英、鉀長石、斜長石、角閃石、方解石、高嶺石和伊利石等，平均孔隙率為32%左右。

2.1.2 試劑

L—薄荷醇（98%，熔點42℃，阿拉丁試劑，以下簡稱薄荷醇）

2.2 儀器及其測試條件

瑞士梅特勒-托利多公司的AB-140N電子天平，德國IKA的RCI basic S25磁力攪拌器，Brookfieldviscometer產的DV-II黏度計，美國ThermoNicolet的iN10顯微紅外光譜儀，深圳新三思計量技術有限公司生產的萬能力學測試機，型號CMT5205，Nikon D700數碼相機。

2.3 材料性能表征方法

2.3.1 滲透深度和分布

將1g薄荷醇分別在60℃、70℃、80℃、90℃、100℃的溫度下加熱融化，將模擬陶胎樣品（40mm×40mm×15mm，25℃）的一端浸泡在熔融的薄荷醇熔體里，熔體侵入瞬間立即用鉛筆在最初的浸泡線上畫線標記，觀察熔體的上升情況，180s后記錄熔體前沿線的位置，畫線標記，用直尺測量熔體上升的高度，作為滲透深度的數據。將薄荷醇浸泡過的模擬陶胎樣品切割，使用iN10紅外顯微鏡觀察薄荷醇在陶胎樣品內部的分布情況。紅外顯微鏡采用光圈尺寸50？滋m×50？滋m，步長200？滋m，使用ATR反射模式，紅外光譜范圍4000—600cm-1，分辨率8cm-1，跟蹤薄荷醇的特征峰2941cm-1的位置，測試結果使用假彩色成像。

2.3.2 壁畫揭取能力和最佳施工溫度的確定

將2g薄荷醇加熱熔融后分別傾倒在鋪有紗布的黃土上，待熔體固化后，將紗布提起稱重。所提起黃土的質量作為評價薄荷醇揭取能力的數據。為了確定薄荷醇的最佳施工溫度，以確定現場使用時加熱溫度的設置參數。本實驗中，將薄荷醇在50℃、60℃、80℃、100℃溫度下加熱融化，進行上述能力測試，壁畫揭取能力最好的熔體溫度即為最佳施工溫度。

2.3.3 最佳施工工藝的確定

現場使用時，常常采用多次涂刷加固劑的工藝以便達到較好的保護效果。本實驗中，為了確定多次涂刷工藝對薄荷醇加固效果的影響，設計以下實驗進行評估。將7g薄荷醇熔體（60℃）一次性注入8mL的鋼制模具（20mm×20mm×20mm），待熔體完全固化后，脫模得到薄荷醇塊體。將7g薄荷醇熔體（60℃）分兩次注入模具中，操作步驟是：待前一次澆筑的熔體固化后再澆筑第二次，直到注滿，熔體完全固化后，脫模得到薄荷醇塊體。將7g薄荷醇熔體（60℃）分三次注入模具中，操作步驟是：待前一次澆筑的熔體固化后再澆筑下一次，連續三次，直到注滿，熔體完全固化后，脫模得到薄荷醇塊體。將這三種施工方法分別標記為一次澆筑、兩次澆筑和三次澆筑。同時，為了評估文物對象的溫度對薄荷醇加固效果的影響，將模具分別放置于0℃和20℃（模擬考古現場冬天0℃和春天20℃的溫度）的環境中保溫數小時備用，實驗過程中所有操作應盡量快速，以保持模具的溫度。

薄荷醇熔體固化過程中會發生收縮，在中央形成孔洞，對孔洞的體積進行測量，按照下式計算體積收縮率：

體積收縮率（%）=V/8（mL）×100

V（mL）為孔洞的體積。

體積收縮率越小，說明該種工藝越好。

將三種澆筑工藝所得到的薄荷醇塊體在萬能材料試驗機上進行抗壓測試，將抗壓強度作為評價薄荷醇自身加固能力的依據。抗壓強度越高，說明該種工藝越好。

3 結果與討論

3.1 滲透深度和黏度

由圖1可知，薄荷醇的黏度隨著溫度升高呈指數下降，滲透深度呈線性增長。通常滲透由毛細作用力決定，但此實驗中滲透深度遠遠低于毛細作用所能達到的最大深度，而分子擴散作用在這里起著決定的作用。薄荷醇分子中的羥基與陶胎中的極性基團有除了范德華力之外的其他結合力，導致薄荷醇分子擴散速度較快，滲透深度較深。薄荷醇在100℃時滲透深度接近20mm，能夠滿足墓葬壁畫揭取的需求。

3.2 滲透分布

由圖2-c可以看出，薄荷醇在陶胎樣品內部的分布是不均勻的；由圖2-d進一步可知，薄荷醇在陶胎樣品內部的分布，呈現出周邊厚、中間薄的狀況。這很有可能是因為，在實驗時，陶胎的一端浸漬在薄荷醇熔體內的過程，同時也是高溫熔體對陶胎的加熱過程，這會造成陶胎內部和邊緣的受熱不均勻，熔體在較低溫度的陶胎內部結晶較快，阻塞了熔體的進一步滲透；而在陶胎邊緣溫度較高，熔體可以滲透得較深。這與在考古發掘現場試驗時實際觀察到的現象相一致。現場使用時，均勻施加薄荷醇后，待轉移的文物對象的中間部位較邊緣部位的強度總是要低一些，需要特別多次加固以鞏固強度。

3.3 揭取能力和最佳施工溫度的確定

圖3直觀地反映了薄荷醇提起黃土的能力，所提起黃土的質量是對薄荷醇揭取能力的評估標準。薄荷醇的羥基具有一定的極性，與黃土顆粒間除了分子間范德華力結合外，還有一定的氫鍵作用，因此被提起的黃土成為整塊，結合較為牢固，能夠經受一定的機械摩擦或者撞擊。圖4是薄荷醇所提起的黃土的質量。薄荷醇所提取黃土的質量隨著溫度的升高出現先增加后減少的現象，這是因為當溫度升高時，薄荷醇的滲透深度呈線性增大，增加了載土量；但當溫度過高時，會大大促進薄荷醇的揮發，導致薄荷醇質量的損失，反而使提起黃土的質量減少。分析圖4的數據可知，最佳熔融溫度位于高于薄荷醇熔點20℃—40℃處，在此溫度范圍內薄荷醇熔體具有最強的揭取能力。

3.4 最佳施工工藝

在現場使用中，薄荷醇的施工工藝關乎能否成功揭取壁畫，因此，本實驗中采取了三種不同的澆筑工藝來研究施工工藝對薄荷醇加固效果的影響。圖5展示了一次澆筑過程中薄荷醇的固化過程，發現該過程是明顯的體積收縮過程，在最終固化的塊體中央形成了一個淺淺的孔洞。對比三種工藝得到的薄荷醇塊體（圖6）可以發現，一次澆筑得到的薄荷醇塊體收縮最為明顯，兩次澆筑次之，三次澆筑最小，在圖6-b和6-c中，澆筑界面有明顯的分界線，呈半透明狀。體積收縮率的測試結果（圖7）和圖6照片的結果相一致。

對不同工藝條件下所得到的薄荷醇塊體進行抗壓強度測試發現（圖8），三次澆筑得到的塊體的抗壓強度最高，二次澆筑次之，一次澆筑最小。無論是0℃還是20℃，所制備的薄荷醇塊體均呈現出相似的規律。結合體積收縮率（圖7）的數據，說明三次澆筑具有最好的效果。因此在考古現場使用薄荷醇時，推薦使用多次涂刷薄荷醇熔體的施工工藝。

4 薄荷醇作為墓葬壁畫揭取材料的

應用實例

4.1 西安市長安縣唐墓石灰地仗壁畫的揭取

圖9是西安市長安縣的一處唐墓壁畫。畫面是翩翩起舞的仙鶴，是石灰地仗層的壁畫，出土時環境相對濕度達到97%。圖10展示了薄荷醇揭取墓葬壁畫的過程。做好前期的考古現場原始信息記錄后，不需要烘干墓室和對畫面預處理，使用紗布覆蓋在將要揭取的壁畫區上，直接在紗布上刷涂熔融的薄荷醇（按照實驗室實驗結果，選擇60℃時的熔體，多次涂刷），待薄荷醇完全固化（需要5—10min），小心地將壁畫鏟下，放置在夾板上，固定好，最后安全轉移至實驗室。圖11-a是薄荷醇去除過程中，紗布半揭開的照片，圖11-b是薄荷醇完全揮發后壁畫的照片。薄荷醇揭取的壁畫形貌沒有發生任何肉眼可見的改變。表明薄荷醇是方便、快捷、有效、完全可逆的壁畫揭取材料。

5 結 論

薄荷醇具有揮發性，在室溫狀態下經過一定時間能夠完全自動去除掉。本研究考察了薄荷醇作為新型墓葬壁畫揭取材料的可行性。實驗室研究表明：薄荷醇具有較好的滲透深度，能夠滿足壁畫揭取的需求；薄荷醇在陶胎樣品內部的分布是不均勻的，呈現出周邊厚、中間薄的狀態；在黃土上的揭取實驗表明，薄荷醇的揭取能力較好，在高于其熔點20—40℃的施工溫度下具有最好的揭取效果；多次涂刷工藝能夠達到最佳的加固效果。因此推薦在考古現場使用薄荷醇時，采用60—80℃溫度下熔融、多次涂刷的工藝施工。考古現場的壁畫揭取試驗證明，薄荷醇在考古現場使用時，在熔融狀態下可以直接刷涂在帖有紗布的壁畫上，冷卻后能夠起到加固作用。在揭取過程中，不需要對壁畫進行烘干，具有省時、省能、省力等優點。使用薄荷醇揭取壁畫，操作簡單、施工方便、滲透性好、加固效果好，能夠實現完全可逆、可控的壁畫揭取，具有很強的普適性和實用性。

致謝：特別感謝陜西省考古研究院、趙西晨、王嘯嘯等老師在現場試驗過程中的幫助。

參考文獻：

[1]段萍.唐墓壁畫保存現狀及保護修復方法[J].中國文物科學研究，2007（4）：56-59.

[2]陜西省考古研究院.漢唐墓葬壁畫保護與修復[M].西安：三秦出版社，2010.

[3]孫洪才.新疆庫車庫木吐拉石窟壁畫揭取保護技術[J].敦煌研究，2000（1）：150-152.

[4]祁英濤.永樂宮壁畫的揭取方法[J].文物，1960（Z1）：82-86.

[5]徐毓明.北周李賢墓壁畫的揭取和修復新技術[J].文物保護與考古科學，1990，2（1）：26-31.

[6]張蜓.遼金時期弧形連磚揭取墓葬壁畫的支撐保護體系研究[D].西安：西北大學，2009.

[7]楊蕊.北宋富弼墓壁畫的揭取及修復保護[J].文物保護與考古科學，2010，22（1）：70-76.

[8]鐵付德.西漢早期柿園墓四神云氣圖壁畫保護研究（一）——歷史與現狀調查[J].文物保護與考古科學，2004，16（1）：47-51.

[9]王進玉.高分子粘合劑在壁畫保護上的應用[J].自然雜志，1987（1）：31-34.

[10]鐵付德，孫淑云，王九一.已揭取壁畫的損壞及保護修復[J].中原文物，2004（1）：81-86.

[11]陳進良.從一次工作失誤看壁畫表面加固材料的性能[J].文物保護技術（1981—1991），2010（4）.

[12]張群喜，李文怡，盧軒，羅黎.已加固“顛倒”唐墓壁畫的科學分離與保護研究——對過去失誤修復壁畫的再處理[C]//文物保護與修復紀實——第八屆全國考古與文物保護（化學）學術會議.2004（9）.

[13]梁呈元，傅暉，李維林，夏冰，吳菊蘭.薄荷油不同提取方法的比較[J].時珍國醫國藥，2007，18（9）：2085-2086.

[14]林月彬，王暉，梁慶，陳墾.薄荷醇止癢作用的研究[J].中華中醫藥學刊，2009，27（7）：1488-1490.

[15]王暉，許衛銘，王宗銳.薄荷醇對柴胡鎮痛作用的影響[J].中醫藥研究，1996（2）：38-39.

[16]王暉，陳麗，張瑞濤，梁慶，陳墾.薄荷醇的皮膚安全性評價[J].中藥藥理與臨床，2008，24（3）：32-35.

[17]沙拉買提·托乎提，麥爾布哈·阿不都熱西提.氣相色譜法定量測定牙膏中的薄荷醇、丙二醇和甘油[J].日用化學工業，2012，42（2）：154-156.

[18]宋瑜冰，謝劍平，宗永立，李炎強.薄荷醇在卷煙中轉移行為的控制及檢測研究綜述[J].香料香精化妝品，2005（3）：25-28.

[19]程闊菊，王暉，陳墾.薄荷醇的安全性研究進展[J].遼寧中醫雜志，2010，37（2）：377-380.

[20]I.Thorup，G.Würtzen，J.Carstensen，P.olsen.Short term toxicity study in rats dosed with pulegone and menthol[J].Toxicology letters，1983，19（3）：207-210.

[21]X.Han，B.Rong，X.Huang，T.Zhou，H.Luo，C.Y.Wang.Theuse of menthol as temporary consolidant in theexcavation of qin shihuangs terracotta army[J].Archaeometry 2014，56（6）：1041-1053.

[22]J.X.Han.The use of menthol on the archaeological site at the Mausoleum of the First Qin Emperor[J].Study of Conservation.2014，59（supplement 1）：S223-S224.