课题名称:古书画揭裱保护研究
一、课题成果介绍
《古书画揭裱保护研究》课题于2012年得到批准后,课题组立即开展课题研究工作。虽然由于工作中的不可预见突发事件较多,影响了课题的进度,使课题结题工作比原计划稍有滞后,但课题组还是按照任务书的工作要求来进行研究工作。经过几年的努力,终于顺利完成课题任务书所要求的任务,圆满并超额完成了本课题的工作。
本课题目的是主要从传统的揭裱剂研制、装裱用浆糊的基本特性与添加剂开发和古字画分析研究三个方面入手,运用生物技术降低揭裱难度,研究传统浆糊剥离强度的主要影响因素,引入添加剂纳米材料改善浆糊的防霉和耐紫外光老化性能,丝织品书画文物的揭裱过程中降低对原文物的破坏。通过对浆糊及添加剂的研究和改良加强对新裱件的保护,延长裱件寿命。通过对传统古旧残缺书画检测,分析书画材料的老化程度,选择合适的修复材料,修复用料和原料具有均一性,使其重现艺术价值。经过几年的研究工作,现已完成《古书画揭裱保护研究》课题计划的预期目标和任务。
主要研究过程如下:
1. 探索浆糊粘度剥离强度的主要影响因素,并从理论角度给予解释主要包括:首先利用RVA仪研究了书画装裱粘接剂所用原料小麦淀粉和面粉的糊化特性与浓度、最高温度的搅拌时间、最高温度搅拌速率和最高糊化温度的关系。结果表明两种粉的糊化曲线基本相同。随着淀粉浓度的增加,最低粘度与峰值粘度和最终粘度相差越大,即衰减值和回生值分别增大,糊化温度降低;搅拌时间和搅拌速率对糊化特性的影响基本相同,随着搅拌时间和速率的增加,最终粘度下降,面粉的峰值时间、衰减值和回升值都分别比对应的淀粉小,说明面粉更易糊化,这可能是由两者的组成不同引起的;最高糊化温度对影响淀粉糊化特性曲线形状,最高温度越高,糊化温度升高,最终粘度增大。其次利用物性仪测试了两种粉子不同陈化时间对成糊淀粉粘接力的影响。总体来看,糊化淀粉放置时间越长,会发生大分子链降解或重结晶等不同程度的老化,表现为剥离强度减小,粘附性下降。面粉糊放置3-5天后就会发臭,颜色呈浅黄,淀粉基本不会散发异味,颜色白润。在相同浓度下、不同的糊化温度、搅拌时间和速率,放置相同时间淀粉糊的剥离强度始终要大于面粉糊。在裱件制作好测试的过程中,发现小麦面粉做成的裱件在空中抖动时相对较厚硬、声音也脆,相反小麦淀粉的则相对比较薄且柔软。这和两者组成有关,小麦面粉中含有蛋白质,自身作用使得裱件易起皱,干燥后浆膜发硬变脆。裱件经过老化后,两种粘接剂对裱件引起的色差影响很小。老化后PH值呈弱碱性。两种老化对裱件中间部位粘接剂的老化分解速度影响不大。最后,在传统书画装裱过程中,粘接剂的选用不一,都是师傅根据自己的传承和经验,按地域主要有两派,北派多选用纯小麦淀粉,南派则多使用面粉,打制过程中浓度、温度、搅拌时间和速度全凭经验,装裱时的粘度也是个人感觉,这些在此文中用数据得到了很好的证明。综合来看,小麦淀粉制成浆糊的性能要优于面粉,在存放过程中不易发臭,不变色,且在相同条件下粘接力大,制成的裱件薄且柔软,更符合书画装裱要求。
2. 研制出一种增强浆糊的防霉和耐紫外光老化性能的纳米添加剂该添加剂对书画材质、裱料、揭裱无害且利于使用。主要包括:首先通过TEM和SEM观察,ZnO纳米材料A大多呈不规则颗粒状,尺寸20~50 nm。ZnO纳米材料B呈一维棒状,横截面尺寸100nm左右,长约200-500nm。通过XRD和Raman表征,A和B均属于六方晶系,具有纤锌矿结构,属于空间群,而且晶体质量良好。抑菌实验表明,两种材料均对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有明显的抑制效果。浓度越大,抑菌圈直径也增大,即纳米材料浓度与抑菌效果正正相关。浓度相同时,材料A比B显示出更强的抑制作用,相比之下,尺寸小的纳米ZnO材料是更有效的文物保护抑菌剂。此次通过XRD和Raman表征ZnO纳米颗粒均属六方晶系,具有纤锌矿结构,属于空间群,而且晶体质量良好。抑菌实验表明,所选ZnO纳米颗粒对金黄色葡萄球菌抑菌效果明显,样品浓度越大,抑菌效果越好。短暂的紫外线照射有助于ZnO纳米颗粒对金黄色葡萄球菌的抑制作用。由于紫外线无处不在,对于有机质文物造成的光损伤很难避。用于有机质文物的ZnO纳米颗粒保护材料不仅可以吸收、散射紫外线,还可以利用紫外线辐射来抑制细菌的繁殖,可以说是一举多得。最后本文选用尺寸在20-50nm左右的纳米ZnO颗粒,具有六方相晶体结构,结晶良好。添加纳米ZnO颗粒可以改善浆糊的酸碱性,确保古书画的装裱环节中不加重其酸化程度,或可以中和宣纸酸性,最终起到保护画心、延长寿命的作用。静置观察实验表明,添加纳米ZnO颗粒可在一定时间内有效抑制浆糊中霉菌的生长,且浆糊的颜色外观与空白浆糊基本一致,说明纳米ZnO颗粒的添加短期内没有引起浆糊的化学变化。作为抗菌剂,纳米ZnO颗粒对于金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有明显的抑制效果,纳米材料浓度低至25μg/mL时抑菌圈直径仍超过1cm,即可对浓度为1mL/100mL的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌起到抑制效果。添加剂浓度不宜过大,有效即可。从色差数据来看,添加纳米ZnO颗粒没有改变宣纸的颜色。本文所选纳米ZnO颗粒可作为纸质文物用纳米抑菌剂的备选材料,仍需进行老化实验研究,从而确定其时效性和长久安全性。
3. 研究古字画揭裱修复过程中生物酶揭裱条件,并确立在揭除命纸之后对生物酶的有效失活及去除方法。主要包括:首先在书画文物的的重新修复保护过程中,最重要的步骤就是揭展,即把画心从命纸上揭下来的过程。明代周嘉胄在《装潢志》中云:古迹重裱,如病延医,医善则随手而起,医不善则随手而毙,书画性命,全在于揭,致力于毫芒微渺间,有临渊履冰之危。
寥寥数语,道出了中国书画修复的艰辛。装裱好的书画文物的画心是用浆糊粘贴在命纸上的,传统的揭展方法是用水长时间闷润书画,然后用手指在命纸上轻轻地捻搓,使命纸和画心分离,重新揭展难度极大。本研究上万次的实验现象表明,对于难揭展的纸质书画文物,用水揭展时,浆糊分别将画心和命纸的半层粘结成为一体无法分开,揭展的实际分离层是从画心的半层或从命纸的半层分开,这一发现意义是重大的,这就说明对于难揭展的文物修复一次就会对文物造成一次损害,分析表明,这是由宣纸和浆糊本身的性质决定的,与传统保护手法高低无关。其次该项技术是使用枯草芽胞杆菌胞外液作为生物揭展剂,在书画文物揭展中进行应用。首先对枯草芽胞杆菌菌株的组合进行筛选,并通过作用于八种不同宣纸材料和作用于八种不同老化宣纸材料验证揭展效果。试验结果表明:最适菌株为枯草芽胞杆菌A1和枯草芽胞杆菌A2,且上述两种菌株的发酵液分别去除菌体混合得到的胞外液用活性炭吸附后,能够作为揭展效果非常优异的生物揭展剂。该生物揭展剂溶于水,使用后易去除。生物揭展剂的安全性通过纸张抗拉强度、红外光谱、显微分析、霉菌实验等手段得到验证。在此基础上,对成套明代水陆画进行揭展,取得了良好应用效果。最后本研究通过利用生物揭展剂高活性、专一性的特性,只作用于传统书画装裱所用的淀粉粘结剂,对纸张纤维和颜料没有影响。应用此技术揭展古书画,命纸与画心揭离时的剥离力低至13毫牛,力学专家对13豪牛的比喻是绒毛划过手心的触感,这样的力度就把画心与命纸揭展分离开了,极大地提高了揭展的安全性。与传统方法相比,效率提高100倍以上,此外与传统方法相比还避免了揭展时捻挫等机械外力对画心的损伤,避免了在揭展过程中长时间用水闷润使画心产生霉变的现象;避免了重彩画心由于长时间用水闷润损伤画面色彩的问题。文物承载的历史信息是无价的,本课题研究的生物揭展剂在提高工作效率降低劳动强度的同时极大地提高了揭展的安全性,完整地保存了古代珍贵书画文物及其装裱材料,将文物更好的保护传承下去,具有极大的实用价值。目前该项技术已申请专利,进入实质审查阶段。故宫博物院、中国国家博物馆、南京博物院、安徽博物院等作为该项技术的应用单位,已给首博提供了应用报告,希望首博尽快将该技术在文博界应用推广。
二、课题应用情况,应用意向等内容
本课题的验收和考核指标有四条。主要是:1、研制出一种揭裱溶剂,使画心与背纸能整张分离,改善传统用手搓捻背纸的复杂操作。2、研制出一种具有耐紫外老化效果的浆糊,耐老化程度达1000小时以上。 3、将研制的新材料应用于仿制的2幅书画中,实验新材料的实用性。 4、撰写论文四篇。通过课题组的努力,本研究圆满完成了各项指标,并且现有成果还超过了当初的相关考核指标。取得的成果主要有以下几项:
1、防霉浆糊的复配及应用工艺流程;新材料:研制出一种具有防霉效果且利于书画装裱的浆糊。
⑴两种粉糊化特征比较 ⑵陈化时间对剥离强度的影响 ⑶裱件老化后的剥离强度、色差和pH值两种粘接剂对裱件引起的色差△E值均小于1,影响很小。样品老化后的PH值7~8,都呈弱碱性,符合古书画装裱要求。在紫外光和热老化条件下,通过剥离强度值可以看出,两种老化对裱件中间部位粘接剂的老化分解速度影响不大,但相对来说,面粉的耐老化尤其是紫外老化比较差。
2、添加剂纳米材料改善浆糊的防霉和耐紫外光老化性能。
⑴TEM ⑵XRD ⑶酸碱度 ⑷放置观察试验
3、研究古书画揭裱修复过程中生物酶揭展条件
⑴生物揭展剂对不同粘合样品的平均剥离力和纤维指数的影响 ⑵生物揭展剂对宣纸样品的抗张强度的影响
⑶生物揭展剂对粘合的宣纸样品的微观结构的影响
样品使用生物揭展剂后的浆糊残留量远少于使用水的残留,从而从微观角度说明生物揭展剂将浆糊分解。
⑷生物揭展剂在书画文物揭展中的实际应用
以成套明代水陆画作为待揭展待修复保护的书画文物,分别用水和生物揭展剂闷润10分钟后进行揭展的结果,用水闷润的书画文物揭展困难,而用生物揭展剂闷润的书画文物揭展要容易得多。
⑸生物揭展剂对未粘合的宣纸样品的红外光谱的影响
用红外光谱检测净皮宣纸样品上的生物揭展剂残留的结果。生物揭展剂浸泡后并用水清洗后的净皮宣纸的红外光谱与洁净的净皮宣纸相似,而显著区别于生物揭展剂的冻干粉,并且,峰值大小随生物揭展剂的浓度而相应变化。由此说明本发明的生物揭展剂在浸润宣纸后能够用水清洗除去,具有较高的安全性。
三、课题组成员人员介绍
骨 干: 闫丽 武望婷 张蕊,何海平,楼朋竹,彭淼淼
参与人员: 马燕,郭玢,任静怡,范胜利
地址:北京市东城区府学胡同36号 邮编:100007 | Address:No.36 FuxueHutong, Dongcheng District, Beijing, China. Post code:100007
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