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铁质文物的脱盐清洗与封护环节新探

时间:2010-8-12 14:38:24
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何海平

    我国是世界上最早发明冶铁技术的国家之一,铁器在中国有着两千年的历史。铁器的出现及发展,极大地推动了社会生产力的发展和社会的进步。铁质文物对研究我国的冶铁和科学技术史也有很大的帮助,是社会生产力发展的见证者。由于铁的性质较活泼,极易被腐蚀,在自然环境中保存完好的铁质文物比青铜器要少得多,这些具有重要价值的文物在经受着不同程度的破坏和损害,其保护比较复杂,传统方法对其保护效果不是很好。首都博物馆采用传统工艺与现代科技相结合的办法,对铁质文物的脱盐清洗和封护环节进行改性,研究出了一种新的脱盐清洗液和复合封护剂,提高保护效果的同时使涂刷封护剂前后文物外观没有明显改变,实现了“不改变文物原貌”的修复原则,改善了传统方法的不足。

    一、铁质文物脱盐清洗和复合封护的新型材料

    传统的铁质文物保护方法主要有脱盐清洗、干燥、缓蚀处理和表面封护等四个步骤。其中脱盐清洗主要采用纯净水浸泡,脱盐速度慢且浸泡时文物会加速腐蚀,表面封护采用石蜡或环氧树脂等材料,表面会产生眩光和油腻感,且不易去除。为了弥补这些不足,首都博物馆文物保护修复中心采用现代科技方法和高性能材料研究出了一种铁质文物的脱盐清洗液和复合封护剂。其中脱盐清洗液具有良好的脱盐清洗能力,并在脱盐清洗过程中避免了对文物的腐蚀;复合封护剂具有良好的耐老化及环保性能,耐老化时间超过1000小时,且封护膜不与文物发生反应,并且可以随时被去除,从而确保文物安全,符合“最小干预原则”。封护膜还有一个特性,就是可以溶解于自行研制的脱盐清洗液中,解决了封护剂涂刷后不能去除的问题,从而实现了封护剂的可逆性,符合文物保护的“可再处理原则”。

    二、脱盐清洗液的性能

    在各种清洗方法中,人们常以清洗出来氯离子的量衡量清洗效果,而文物中盐分去除的标准有多种不同的观点。本研究在综合文献的基础上,采用在去离子水中浸泡一周氯离子的量恒定在5mg/L以下为标准。也就是说脱盐清洗液脱盐后的文物在去离子水中浸泡一周后氯离子浓度低于5mg/L,则认为氯离子已经基本除去。这一标准比文献中所介绍的标准都要高,文献中最高的标准为5ppm,①换算成质量浓度约为9.86mg/L,而本研究将氯离子浓度降低到5mg/L。

    本实验采用容量为500ml的烧杯,按筛选出的最佳配方配置500ml溶液。采用平谷、延庆、昌平、怀柔四个地区出土的铁器残片检测最佳配方碱性清洗液的脱盐清洗效果。将同一地区残片制成尺寸为20mm×20mm×3mm的试样各两片。脱盐清洗分三个周期,每个周期时间为周。其中一片在前两个周期都采用最佳配方配置的脱盐清洗液进行浸泡,第三个周期采用去离子水进行浸泡;另一片三个周期全部采用去离子水进行浸泡。脱盐清洗作用主要是前两个周期来实现,第三个周期主要是检测前两个周期的脱盐清洗效果。为了减小实验误差,每次浸泡后的溶液都采用精度更高的离子色谱法检测浸泡后氯离子的浓度。

表1脱盐清洗液内氯离子浓度(mg/L)

地区

一周

 二周

  三周

平谷

30.12

 9.265

 2.346

延庆

 40.38

 11.74

 3.547

昌平

 30.43

10.63

 3.356

密云

24.34

 8.642

 2.054

    表1为脱盐清洗液浸泡的文物残片试样每个周期的氯离子浓度表。由表1可见,不同地区文物含盐量不同,但经过脱盐清洗液浸泡两个周期之后,再用清水浸泡一个周期,其氯离子浓度都在4mg/L以下,低于5ppm的标准值,这说明文物内含盐量已经达到实验开始设置的标准,符合文物保护的安全要求。从表1可以看出,经过本实验研制的脱盐清洗液浸泡2个周期后文物盐分基本除尽,达到了本研究的预期目标。表2为去离子水浸泡的文物残片试样每个周期的氯离子浓度表。由表2可见,去离子水浸泡的文物试样在第三个周期中氯离子含量仍然都在10mg/L以上,并且每个周期脱盐量相差不大。这说明去离子水脱盐效率较低,如果使文物达到安全标准还需要浸泡更多时间,一般文献上记载纯净水浸泡至少要3个月。从表2还可以看出,不同地区文物每个周期浸泡后溶液中氯离子浓度不一样,说明不同地区出土文物的含盐量不同。不同地区出土文物的含盐量不同主要是因为不同地区其土壤成分不同而造成的,土壤内可溶性盐溶解于地下水及雨水中,再向文物内部渗透,所以不同地区出土文物含盐量不同,这种差异在同一地区不同地点和不同年代都会存在。对比表1和表2可如下结论:1、不同地区出土的铁质文物含盐量不同,但都含有较多盐分,使文物处于活性状态,不经处理都会对文物长久保存不利;2、本研究研制的脱盐清洗液脱盐效果比纯净的去离子水的脱盐效果要好得多,具有较好的脱盐性能,是一种可以推广的脱盐清洗液。

    表2去离子水内氯离子浓度(mg/L)

地区

一周

二周

三周

平谷

15.11

12.43

11.53

延庆

21.34

18.52

17.24

昌平

16.82

14.36

13.03

密云

12.35

11.02

10.28

    三、复合封护剂的可再处理性能

    将封护后的铁蒺藜文物试样放入自行研制的脱盐清洗液后,半小时后未见任何变化;1小时后观察时,封护层开始鼓泡、软化、起翘甚至脱落;到2.5小时观察时封护层已经脱落了大部分,都溶解在脱盐清洗溶液中,很小部分黄色硬结土沉入烧杯底部;第3小时观察时,试样表面已经没有封护层,试样也未见锈蚀,溶液仍然呈无色透明,烧杯底部有少量不溶的黄色土微粒但没有锈层脱落。黄色硬结土脱落也证明了脱盐清洗液有较强的清洗作用。这表明文物封护层可以被脱盐清洗液在不借助任何外加机械力的情况下用3小时完全去除。如果采用毛刷蘸脱盐清洗液对封护层进行刷洗,只需要先浸泡半小时然后用毛刷刷洗10分钟就可以完全将封护层去除。由于脱盐清洗液经实验证明对铁质文物没有损害,所以浸泡过程中不必担心文物被腐蚀,最终在保证文物安全的前提下将封护层去除,从而实现了文物保护的“可再处理原则”。脱盐清洗过程将文物表面的浮锈、盐分、污物全部清洗干净,对于出土时的硬结土无法清除,这些硬结土也包含了文物的信息,在进行文物保护时一般予以保留,这样脱盐清洗液的清洗工作将该保留的留下了,该去除的除掉了,可以说是做到恰如其分。另外清洗前后文物外观无较大变化,达到了“不改变文物原貌”原则。图1为封护后的照片,可以看出,文物的外观基本无变化,说明封护后未改变文物的原貌,符合文物保护原则。图2和图3为刚浸泡和浸泡3小时后的照片,从照片可以看出,文物表面的封护膜已经完全去除,溶液还是与3小时前一样保持澄清无色透明,没有出现铁锈的颜色。但是烧杯底部有少量的黄色小颗粒,这主要是脱盐清洗液将很少量硬结土清洗下来了,这对文物没有损图1封护后铁蒺藜照片图2刚浸泡时的照片图3浸泡3小时后的照片铁质文物的脱盐清洗与封护环节新探图4未处理的三足盘图5修复后的三足盘害。这些照片真实记录了文物保护的全过程,再一次证明了本研究研制的脱盐清洗液和复合封护剂具有较好的效果,达到了预期的目的。


图1 封护后铁蒺藜照片


图2 刚浸泡时的照片


图3 浸泡3小时后的照片

    四、文物保护实例

    实验研究的目的是为了更好的保护文物,所以研究成果的好坏都要在文物的实际保护工作中来检验。本研究所研制的脱盐清洗液及封护剂已经应用于门头沟、平谷、延庆以及北京市古代钱币展览馆等地区和博物馆的铁质文物上。其中采用本研究研制的脱盐清洗液和封护剂处理的门头沟博物馆的文物已经有两年半的时间了,文物未进一步发生腐蚀且颜色无任何变化。通过对此批文物的处理,我们总结出了一套文物保护处理方法。一般来说,传统文物处理过程分为文物的接收、记录现状,文物性能的检测,文物修复方案的制定,文物修复保护,填写修复档案并验收等步骤。这些步骤保证文物处理过程的科学性和安全性,非常合理。其中文物修复保护过程又分为脱盐清洗、干燥、加固、整形补缺、封护、做旧随色等过程,在脱盐清洗和封护中加入现代科技,将现代科技与传统技术相结合,在原来的处理方法上有了一些创新,使文物保护更加有效。下面就以平谷出土的三足盘为例来说明文物保护修复过程。


图4 未处理的三足盘


图5 修复后的三足盘

    此三足盘为平谷出土(图4),元代器物,两足和一耳缺损,文物较重(重量为5.45千克)轻轻击打发出金属颤音,说明铁心完好,锈蚀不严重。我们采用传统的翻模和钻孔以及内置铁丝的技法,采用现代的结构胶进行成形、自行研制的脱盐清洗液和复合封护剂进行保护,再现一件元代的炊具风格(图5)。整件器物修复后几乎看不出痕迹,为今后研究工作提供了实物资料。

    五、传统工艺与现代科技的关系

    目前文物保护行业产生了传统修复养护技术与现代修复养护技术两种文物保护技术。一般讲传统修复养护技术称为传统工艺,现代修复养护技术称为现代科技。现在专家对文物保护中传统工艺与现代科技之间的关系争论激烈,有人认为传统工艺好,有人认为现代科技好,很少将两者结合起来。笔者认为两者之间不是对立的关系,而是一种继承与发扬的关系。从以上铁质文物修复过程可以看出,传统工艺与现代科技表现了事物间的发展过程,是一种相辅相成的关系。现代科技是对传统工艺的继承和发扬,没有传统工艺就不会存在现代科技。现代科技是在传统工艺的基础上,将现代的科学技术使用于传统工艺中,将传统工艺加以改进。现代科技是与传统工艺一脉相承的,并不是对传统工艺的否定与抛弃。在文物保护工作实施前,现代科技强调对文物的检测工作,将文物的各种病害以及特征用现代先进的检测手段彻底摸清,再制定最适合该文物的保护方案,将现代科技成果与传统工艺并用,确保文物保护工作更加有效、更加成功。因此我们应该将现代文物保护技术与传统文物保护技术相结合,两者并重,只有掌握了传统文物保护技术,才可能将现代文物保护技术真正应用于文物保护中。首都博物馆铁质文物保护研究正是在继承传统工艺的基础上结合现代科学技术来进行的,对铁质文物保护效果较好,说明此方法经实践检验是可行的。

    (附注:本课题研究由北京市科技新星计划资助) 

    ①参考岳丽杰:《铁器文物脱氯研究与新型缓蚀脱氯清洗液的研制》,北京化工大学2005年硕士研究生学位论文,第15页。

(作者为首都博物馆文物保护修复中心馆员)

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