飽水木質文物保護中的冷凍幹燥技術研究與應用

文物保護與(yu) 冷凍幹燥看似沒有直接關(guan) 聯，但是冷凍幹燥技術已廣泛應用在該領域。文物類型主要包括金屬、石質、木質、陶瓷、紙質、紡織品、竹木漆器、其他類（皮革、骨器類文物等）。本篇主要講述木質文物是如何應用冷凍幹燥技術進行研究的。

考古出土飽水木質文物由於(yu) 長期埋藏於(yu) 地下，木材成分大量流失、細胞壁結構被破壞，已經無法維持木材本來的強度來抵抗幹燥時的內(nei) 部應力，然而長期帶水保存卻要麵對微生物的威脅。為(wei) 了保持出土木質文物的原狀，並抑製劣化的發生，需要對飽水木質文物進行保護處理。飽水木質文物保護的難點在於(yu) 幹燥定型，在幹燥的同時盡可能維持文物的形貌，不發生變形、開裂。根據是否對飽水木質文物內(nei) 部的水分進行置換，可區分為(wei) 直接幹燥方法和置換幹燥方法。

變形開裂的飽水木質文物

飽水木質文物內(nei) 部變形坍塌的細胞壁結構

直接幹燥方法包括自然幹燥法、真空冷凍幹燥法、超臨(lin) 界流體(ti) 幹燥法等。直接幹燥方法由於(yu) 不引入外源物質，能夠保存木質文物自身的質地和觸感，操作相對簡便、節能環保，但隻適用於(yu) 含水率低、劣化程度低的飽水木質文物。其中，自然幹燥法最為(wei) 原始，幹燥過程對環境要求高，幹燥效果難以控製。真空冷凍幹燥法和超臨(lin) 界流體(ti) 幹燥法常與(yu) 置換幹燥方法結合使用，作為(wei) 置換幹燥方法的後續步驟，提升幹燥效率。

真空冷凍幹燥法的基本原理是，將飽水木質文物凍結至冰點之下，使文物中的水分變為(wei) 固態冰，然後在適當的真空環境下，將冰直接轉化為(wei) 蒸汽而除去，再用真空係統中的水汽凝結器將水蒸汽冷凝，從(cong) 而使文物得到幹燥。由於(yu) 幹燥過程中避開了液態水，因而可以有效地降低幹燥時由於(yu) 液體(ti) 水的表麵張力而產(chan) 生的幹燥應力。由於(yu) 飽水木質文物的強度低，若直接冷凍，細胞腔內(nei) 水凍結時的體(ti) 積膨脹可能會(hui) 損害文物，因此在冷凍幹燥前常對文物進行預處理，常用的預處理試劑為(wei) PEG（聚乙二醇）。

超臨(lin) 界幹燥技術是指采用超臨(lin) 界流體(ti) 作為(wei) 幹燥媒介的幹燥方法。當溫度和壓力處於(yu) 臨(lin) 界點以上時，超臨(lin) 界流體(ti) 無汽液界麵區別、兼具液體(ti) 性質和氣體(ti) 性質，因此超臨(lin) 界幹燥能夠大大降低飽水木質文物幹燥時的幹燥應力。超臨(lin) 界流體(ti) 密度接近於(yu) 普通液體(ti) 、而粘度接近於(yu) 普通氣體(ti) ，具有特殊的溶解度、易調變的密度、較低的粘度和較高的傳(chuan) 質速率，作為(wei) 溶劑和幹燥介質顯示出的優(you) 點。采用超臨(lin) 界幹燥技術對飽水木質文物進行保護時，還能同時完成殺菌。由於(yu) 受各種因素製約，超臨(lin) 界流體(ti) 幹燥技術目前仍處於(yu) 對小體(ti) 積飽水木質文物幹燥的探索性應用和經驗積累階段。

對於(yu) 含水率高、劣化程度高的飽水木質文物，則應采用置換幹燥方法,基本原理是將試劑與(yu) 飽水木質文物內(nei) 部的水分進行置換，從(cong) 文物內(nei) 部對細胞壁結構進行支撐從(cong) 而抵抗幹燥應力。對於(yu) 無法自然幹燥的飽水木器，最早是采取以亞(ya) 麻仁油為(wei) 主的混合油脂進行置換幹燥，但器物表麵表現為(wei) 幹硬和顏色過深。1859年，丹麥國家博物館用明礬保護飽水木器取得了巨大成功。這一方法作為(wei) 標準的脫水方法在丹麥使用了100年之久。但明礬為(wei) 一種酸性複鹽，吸潮後呈酸性，腐蝕木纖維。1900年，有人開始嚐試使用甘油置換幹燥，後來采用明礬、甘油混合物置換，但加快了器物的酥解。

PEG保護處理後木質文物的CT圖像

二戰後，隨著化學工業(ye) 的發展和對文保事業(ye) 的重視，聚乙二醇（PEG）置換幹燥法在歐美被開發出來。歐洲的文保專(zhuan) 家用PEG法對很多發掘出的古沉船進行了保護，有名的如瑞典的Vasa、挪威的Fjord、德國的Bermen. Cog。由於(yu) PEG材料的高穩定性、可重複處理以及技術簡便等優(you) 點，PEG置換幹燥法在全球飽水木器脫水保護方麵得到了廣泛的應用，方法也逐步完善。國內(nei) 也早在1965年，將PEG6000應用於(yu) 河南信陽長台關(guan) 出土的戰國木漆器的保護。

PEG-冷凍幹燥保護處理後木質文物的CT圖像

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