飽水木質(zhì)文物保護(hù)中的冷凍干燥技術(shù)研究與應(yīng)用

文物保護(hù)與冷凍干燥看似沒有直接關(guān)聯(lián)，但是冷凍干燥技術(shù)已廣泛應(yīng)用在該領(lǐng)域。文物類型主要包括金屬、石質(zhì)、木質(zhì)、陶瓷、紙質(zhì)、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(zhì)文物是如何應(yīng)用冷凍干燥技術(shù)進(jìn)行研究的。

考古出土飽水木質(zhì)文物由于長期埋藏于地下，木材成分大量流失、細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)被破壞，已經(jīng)無法維持木材本來的強(qiáng)度來抵抗干燥時的內(nèi)部應(yīng)力，然而長期帶水保存卻要面對微生物的威脅。為了保持出土木質(zhì)文物的原狀，并抑制劣化的發(fā)生，需要對飽水木質(zhì)文物進(jìn)行保護(hù)處理。飽水木質(zhì)文物保護(hù)的難點在于干燥定型，在干燥的同時盡可能維持文物的形貌，不發(fā)生變形、開裂。根據(jù)是否對飽水木質(zhì)文物內(nèi)部的水分進(jìn)行置換，可區(qū)分為直接干燥方法和置換干燥方法。

變形開裂的飽水木質(zhì)文物

飽水木質(zhì)文物內(nèi)部變形坍塌的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)

直接干燥方法包括自然干燥法、真空冷凍干燥法、超臨界流體干燥法等。直接干燥方法由于不引入外源物質(zhì)，能夠保存木質(zhì)文物自身的質(zhì)地和觸感，操作相對簡便、節(jié)能環(huán)保，但只適用于含水率低、劣化程度低的飽水木質(zhì)文物。其中，自然干燥法最為原始，干燥過程對環(huán)境要求高，干燥效果難以控制。真空冷凍干燥法和超臨界流體干燥法常與置換干燥方法結(jié)合使用，作為置換干燥方法的后續(xù)步驟，提升干燥效率。

真空冷凍干燥法的基本原理是，將飽水木質(zhì)文物凍結(jié)至冰點之下，使文物中的水分變?yōu)楣虘B(tài)冰，然后在適當(dāng)?shù)恼婵窄h(huán)境下，將冰直接轉(zhuǎn)化為蒸汽而除去，再用真空系統(tǒng)中的水汽凝結(jié)器將水蒸汽冷凝，從而使文物得到干燥。由于干燥過程中避開了液態(tài)水，因而可以有效地降低干燥時由于液體水的表面張力而產(chǎn)生的干燥應(yīng)力。由于飽水木質(zhì)文物的強(qiáng)度低，若直接冷凍，細(xì)胞腔內(nèi)水凍結(jié)時的體積膨脹可能會損害文物，因此在冷凍干燥前常對文物進(jìn)行預(yù)處理，常用的預(yù)處理試劑為PEG（聚乙二醇）。

超臨界干燥技術(shù)是指采用超臨界流體作為干燥媒介的干燥方法。當(dāng)溫度和壓力處于臨界點以上時，超臨界流體無汽液界面區(qū)別、兼具液體性質(zhì)和氣體性質(zhì)，因此超臨界干燥能夠大大降低飽水木質(zhì)文物干燥時的干燥應(yīng)力。超臨界流體密度接近于普通液體、而粘度接近于普通氣體，具有特殊的溶解度、易調(diào)變的密度、較低的粘度和較高的傳質(zhì)速率，作為溶劑和干燥介質(zhì)顯示出的優(yōu)點。采用超臨界干燥技術(shù)對飽水木質(zhì)文物進(jìn)行保護(hù)時，還能同時完成殺菌。由于受各種因素制約，超臨界流體干燥技術(shù)目前仍處于對小體積飽水木質(zhì)文物干燥的探索性應(yīng)用和經(jīng)驗積累階段。

對于含水率高、劣化程度高的飽水木質(zhì)文物，則應(yīng)采用置換干燥方法,基本原理是將試劑與飽水木質(zhì)文物內(nèi)部的水分進(jìn)行置換，從文物內(nèi)部對細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐從而抵抗干燥應(yīng)力。對于無法自然干燥的飽水木器，最早是采取以亞麻仁油為主的混合油脂進(jìn)行置換干燥，但器物表面表現(xiàn)為干硬和顏色過深。1859年，丹麥國家博物館用明礬保護(hù)飽水木器取得了巨大成功。這一方法作為標(biāo)準(zhǔn)的脫水方法在丹麥?zhǔn)褂昧?00年之久。但明礬為一種酸性復(fù)鹽，吸潮后呈酸性，腐蝕木纖維。1900年，有人開始嘗試使用甘油置換干燥，后來采用明礬、甘油混合物置換，但加快了器物的酥解。

PEG保護(hù)處理后木質(zhì)文物的CT圖像

二戰(zhàn)后，隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展和對文保事業(yè)的重視，聚乙二醇（PEG）置換干燥法在歐美被開發(fā)出來。歐洲的文保專家用PEG法對很多發(fā)掘出的古沉船進(jìn)行了保護(hù)，有名的如瑞典的Vasa、挪威的Fjord、德國的Bermen. Cog。由于PEG材料的高穩(wěn)定性、可重復(fù)處理以及技術(shù)簡便等優(yōu)點，PEG置換干燥法在全球飽水木器脫水保護(hù)方面得到了廣泛的應(yīng)用，方法也逐步完善。國內(nèi)也早在1965年，將PEG6000應(yīng)用于河南信陽長臺關(guān)出土的戰(zhàn)國木漆器的保護(hù)。

PEG-冷凍干燥保護(hù)處理后木質(zhì)文物的CT圖像

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