一种饱水漆木器文物的脱水定型方法

摘要

本发明属于文物保护修复技术领域，尤其是涉及一种饱水漆木器文物的脱水定型方法，通过采用水溶性高分子单体渗透后聚合以及采用冷冻干燥工艺进行联用进行脱水定型处理，方法采用了环保的水体系完成脱水定型的整个过程，对实际操作过程中人员的安全防护要求较低；采用了已经市场化广泛应用的烯烃双键可聚合单体通过聚合后形成漆木器文物的填充剂，材料易得而且反应条件简单；饱水漆木器文物的定型效果可以通过水溶性烯烃双键单体种类、单体配比等因素进行相应的调整，从而满足每件出土文物的个体性和特殊性所产生的不同的定型要求；采用了冷冻干燥工艺不但可以保持饱水漆木器文物定型的效果，而且还可以缩短脱水的周期。

说明书

技术领域

本发明属于文物保护修复技术领域，尤其是涉及一种饱水漆木器文物的脱水定型方法。

背景技术

人类对木器的利用最早可追溯到原始时期，然后发展成木胎漆器等用具，其制作工艺随着历史的发展而不断改进和变化。因此，古代漆木器是研究我国古代历史的宝贵实物资料之一。古代漆木器的主要成分是由纤维素、半纤维素、木质素组成，长期埋藏在地下受地下水等长期浸蚀，其内部分子结构产生分解的作用同时完全被水饱和。饱水状态下的文物出土后，受环境突然改变的影响其表面发生快速干缩而内部干燥的速度相对较慢。造成内外干缩情况差别大，就会产生起翘、开裂、脱皮、变形等不可逆的破坏性的变化。因此，出土的饱水漆木器不能让其自然干燥，而且必须采取保护性处理。

饱水漆木器的保护性处理主要需达到脱水定型这两个目的：首先，在保持器物原形的基础去除纤维中的大部分水分至其含水量对器物本身无害的范围内；其次，将填充剂渗入或者表面附着处理对器物进行适当的加固。漆木器文物的保护处理方法很多，而且木质文物和漆器文物的处理方法的原理基本一致。目前典型的漆木器技术保护方法大致为以下几类：自然干燥法、溶液浸渍法、单体浸渍聚合、高分子浸渍法、冷冻干燥联用法等。除了自然干燥法，其他的单种方法或者多种方法联用，主要的处理步骤都包括填充剂的渗透加固和溶剂的去除的两个必要的步骤。溶液浸渍法和单体浸渍聚合法大部分都采用易挥发易燃的有机溶剂例如乙醚、乙醇等，处理过程中对实际操作、物料储存和安全防护要求高，同时在应用过程中对人体和环境存在一定的危害性。部分高分子浸渍法采用的水溶液体系，由于高分子的分子量比较大，使得高分子填充剂在饱水漆木器中的渗透周期相对于小分子填充剂的要长。冷冻干燥法采用将水分子冷冻以后直接升华的原理进行脱水，因此，可以有效地缩短了脱水周期。但是该方法一般是和高分子浸渍法等方法联用，因此，也会受高分子填充剂渗透性差的影响。上述目前广泛应用的四类漆木器脱水定型方法主要的不足：(1)填充剂在漆木器文物中的渗透性，(2)脱水定型体系的溶剂的选择对实际可操作性和环境人体的危害性有比较直接的关系。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种饱水漆木器文物的脱水定型方法。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：

一种饱水漆木器文物的脱水定型方法，其特征在于，所述饱水漆木器的脱水定型方法依次包括如下步骤：

(1)将水溶性高分子单体与其引发剂按照配比溶解到水溶液中配置成待聚合溶液；

(2)将饱水漆木器文物浸泡入待聚合溶液中，直至水溶性高分子单体与其引发剂渗透入饱水漆木器文物内部；

(3)将步骤(2)中饱水漆木器文物和待聚合溶液一起置于引发剂的引发温度下进行聚合；

(4)将聚合完毕后的漆木器文物取出并清除粘附在漆木器文物表面的高分子；

(5)将步骤(4)中的漆木器文物置于冷冻环境中进行冷冻，直至待处理的漆木器文物完全冻结；

(6)将完全冻结的漆木器文物放入冷冻干燥器中，直至漆木器文物中的冰晶完全升华。

在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案：

所述水溶性高分子单体为水溶性含烯烃双键类单体，包括丙烯酸、乙烯基苯磺酸钠、N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-(1,1-二甲基-3-氧代丁基)丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙基苯磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙基羧酸钠、3-丙烯酰胺基-3甲基丁酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙基三甲基氯化铵、二甲基十二烷剂(2-丙烯酰胺乙基2-丙烯酰胺基)溴化铵、N,N-二乙基丙烯酰胺、N-叔丁基丙烯酰胺中的一种或者多种的组合。

所述引发剂为4,4'-偶氮双(4-氰基戊酸)、2,2'-偶氮双[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]盐酸盐、2,2'-偶氮(2-甲基丙基脒)二盐酸盐、4,4-偶氮-双(4-氰基戊醇)、过氧化二戊酸、过硫酸铵-亚硫酸氢钠、过硫酸钾、过硫酸铵、亚硫酸钠-硫代硫酸钠、偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰中的一种或者多种的组合。

步骤(2)中将饱水漆木器文物浸泡入待聚合溶液中，直至该待聚合溶液的密度不再发生变化，此时用新的待聚合溶液更换浸泡后的待聚合溶液，继续渗透过程，如此重复直至饱水漆木器文物浸泡后的待聚合溶液的密度与未浸泡饱水漆木器文物的待聚合溶液的密度之间的差不高于10％。

所述引发温度不高于70℃，所述引发剂与水溶性高分子单体的质量比为0.01～10％。

步骤(6)中冷冻干燥器内的温度为-50～0℃，冷冻干燥器内的压力为1～1000Pa。

与传统的漆木器脱水定型的工艺相比，本发明具有以下优点：

(1)采用了环保的水体系完成脱水定型的整个过程，对实际操作过程中人员的安全防护要求较低；

(2)采用了已经市场化广泛应用的烯烃双键可聚合单体通过聚合后形成漆木器文物的填充剂，材料易得而且反应条件简单；

(3)饱水漆木器文物的定型效果可以通过水溶性烯烃双键单体种类、单体配比等因素进行相应的调整，从而满足每件出土文物的个体性和特殊性所产生的不同的定型要求；

(4)采用了冷冻干燥工艺不但可以保持饱水漆木器文物定型的效果，而且还可以缩短脱水的周期。

具体实施方式

参照具体实施例对本发明做进一步详细地描述。

实施例1

取50g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙基苯磺酸钠和0.5g 2,2'-偶氮双[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]盐酸盐在500g纯净水中溶解，并且测量其密度。取长宽高约3cm*3cm*3cm的古代漆器试样，浸没于配置好的待聚合溶液中，并将容器封口放置在室温30℃以下静置。每隔5天测试浸泡液的密度，待密度值下降超过10％以上，则按上述待聚合溶液的浓度配置待聚合溶液重复浸泡木材试样。重复上述过程至，连续两次浸泡液的密度值下降值不超过原配置溶液的密度的10％。

将上述浸泡古代漆器试样和溶液一起放入恒温水浴中，温度设置45℃，加热时间约为8小时。然后将反应溶液取出恒温水浴，待溶液温度降至室温后将古代漆器试样小心取出，并且除去表面粘附高分子溶液。

将聚合后的古代漆器试样放入0℃以下的温度环境下冷冻，直至样品冻结。然后将其放入冷冻干燥器中，设置温度和压力为-50℃和100Pa，冷冻干燥时间约为24小时。

处理后的样品纵、径和弦的收缩率为：4.6％、4.1％和3.7％。

实施例2

取10g乙烯基苯磺酸钠、50g丙烯酰胺和1.5g 4 4'-偶氮双(4-氰基戊酸)在500g纯净水中溶解，并且测量其密度。取古代漆器试样，浸没于配置好的待聚合溶液中，并将容器封口放置在室温30℃以下静置。每隔10天测试浸泡液的密度，待密度值下降超过10％以上，则按上述待聚合溶液的浓度配置待聚合溶液重复浸泡木材试样。重复上述过程至，连续两次浸泡液的密度值下降值不超过原配置溶液的密度的10％。

将上述浸泡古代漆器试样和溶液一起放入恒温水浴中，温度设置70℃，加热时间约为4小时。然后将反应溶液取出恒温水浴，待溶液温度降至室温后将古代漆器试样小心取出，并且除去表面粘附高分子溶液。

将聚合后的古代漆器试样放入0℃以下的温度环境下冷冻，直至样品冻结。然后将其放入冷冻干燥器中，设置温度和压力为-20℃和100Pa，冷冻干燥时间约为72小时。

处理后的样品纵、径和弦的收缩率为：3.3％、4.8％和2.3％。

实施例3

取10g N-异丙基丙烯酰胺、10g N-羟甲基丙烯酰胺、10g N-乙烯基吡咯烷酮、10g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙基羧酸钠和2.0g 2,2'-偶氮(2-甲基丙基脒)二盐酸盐在500g纯净水中溶解，并且测量其密度。取古代漆器试样，浸没于配置好的待聚合溶液中，并将容器封口放置在室温30℃以下静置。每隔10天测试浸泡液的密度，待密度值下降超过10％以上，则按上述待聚合溶液的浓度配置待聚合溶液重复浸泡木材试样。重复上述过程至，连续两次浸泡液的密度值下降值不超过原配置溶液的密度的10％。

将上述浸泡古代漆器试样的溶液放入恒温水浴中，温度设置55℃，加热时间约为4小时。然后将反应溶液取出恒温水浴，待溶液温度降至室温后将古代漆器试样小心取出，并且除去表面粘附高分子溶液。

将聚合后的古代漆器放入0℃以下的温度环境下冷冻，直至样品冻结。然后将其放入冷冻干燥器中，设置温度和压力为-10℃和80Pa，冷冻干燥时间约为48小时。

处理后的样品纵、径和弦的收缩率为：1.9％、3.8％和2.8％。

为了更加清楚地体现本发明所提供的饱水漆木器文物的脱水定型方法的优点，以下采用自然干燥法、聚乙二醇高分子浸渍法-冷冻干燥法联用、水溶性乙烯基单体浸渍法-自然干燥法和水溶性烯烃双键单体-冷冻干燥法联用进行对比说明，以上分别对应对比实施例1、对比实施例2、对比实施例3和实施例4。

以下所述的对比实施例1、2、3和实施例4的实验试样均同实施例1-3相同，均为从同一块饱水木质文物进行取样，且各试样纵、径、弦尺寸控制为3cm*3cm*3cm。

对比实施例1

将饱水木质文物的试样放在室温下进行自然干燥，连续称重试样的重量，连续3次其重量的变化小于3％以内为止。本样品的干燥时间为78天。

对比实施例2

将饱水木质文物试样浸入分子量为质量比10％聚乙二醇的溶液中，每隔5天测试其溶液的密度，直至其溶液密度变化在10％之内。然后以5％为梯度逐步提高聚乙二醇溶液的质量比浓度直至将其浓度提高至35％，并且重复上述的实验步骤。35％浓度古代木材放入0℃以下的温度环境下冷冻，直至样品冻结。然后将其放入冷冻干燥器中，设置温度和压力为-40℃和50Pa，冷冻干燥时间约为24小时。

对比实施例3

取25g丙烯酸、25g 3-丙烯酰胺基-3甲基丁酸钠和2.0g过硫酸钾在500g纯净水中溶解，利用NaOH将溶液pH值调制6～8之间，并且测量其密度。将古代木材试样，浸没于配置好的溶液中，并将容器封口放置在室温30℃以下静置。每隔5天测试浸泡液的密度，待密度值下降超过10％以上，则按上述溶液浓度配置溶液重新浸泡木材试样。重复上述过程至，连续两次浸泡液的密度值下降值不超过原配置溶液的密度的10％。

将上述浸泡古代木材试样的溶液放入恒温水浴中，温度设置50℃，加热时间约为8小时。然后将反应溶液取出恒温水浴，待溶液温度降至室温后将古代木材试样小心取出，并且除去表面粘附高分子溶液。

在室温下将上述木材样品进行自然干燥，通过称量样品重量，连续3次其重量的变化小于3％以内为止。本试样的干燥时间为45天。

实施例4

取25g丙烯酸、25g 3-丙烯酰胺基-3甲基丁酸钠和2.0g过硫酸钾在500g纯净水中溶解，利用NaOH将溶液pH值调制6～8之间，并且测量其密度。将古代木材试样，浸没于配置好的溶液中，并将容器封口放置在室温30℃以下静置。每隔5天测试浸泡液的密度，待密度值下降超过10％以上，则按上述溶液浓度配置溶液重新浸泡木材试样。重复上述过程至，连续两次浸泡液的密度值下降值不超过原配置溶液的密度的10％。

将上述浸泡古代木材试样的溶液放入恒温水浴中，温度设置50℃，加热时间约为8小时。然后将反应溶液取出恒温水浴，待溶液温度降至室温后将古代木材试样小心取出，并且除去表面粘附高分子溶液。

将聚合后的古代木材放入0℃以下的温度环境下冷冻，直至样品冻结。然后将其放入冷冻干燥器中，设置温度和压力为-40℃和50Pa，冷冻干燥时间约为24小时。

表1

参照表1，通过上述4种方法对同一块饱水木质文物进行脱水定型处理以后，其最终的脱水定型的效果，说明实施例4的木材的收缩率最小，最接近木材出土时的状态。通过对比实施例3和实施例4的对比，说明本发明所提供的水溶性烯烃双键的单体浸渍法与冷冻干燥法联用才能保持最佳的脱水定型效果，同时大幅度地缩短了操作时间。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。