薄荷醇在墓葬壁畫(huà)搶救性揭取上的應(yīng)用研究

韓向娜 張秉堅(jiān) 羅宏杰 黃曉 蘇伯民

內(nèi)容摘要：薄荷醇是一種天然產(chǎn)物，在食品、日化和藥物產(chǎn)業(yè)方面均有廣泛的應(yīng)用。利用薄荷醇在室溫下能夠自然揮發(fā)的特性，本文提出將其作為新型的墓葬壁畫(huà)揭取材料用于考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)出土的墓葬壁畫(huà)搶救性保護(hù)。在實(shí)驗(yàn)室對(duì)利用薄荷醇揭取壁畫(huà)的可行性進(jìn)行了系統(tǒng)研究，結(jié)果表明：薄荷醇能夠滿足壁畫(huà)揭取的需求，在高于其熔點(diǎn)20—40℃的溫度下施工具有最好的揭取效果，多次涂刷能夠達(dá)到最佳的加固效果。使用薄荷醇對(duì)西安市一處唐墓壁畫(huà)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)壁畫(huà)揭取試驗(yàn)，結(jié)果顯示薄荷醇是一種有效的墓葬壁畫(huà)揭取材料。

關(guān)鍵詞：薄荷醇；壁畫(huà)揭??；臨時(shí)固型；可控去除

中圖分類(lèi)號(hào)：K854.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000-4106（2016）05-0142-08

Abstract： An important natural compound extracted from plants， menthol has been widely used in the food， cosmetic， and pharmaceutical industries. By taking advantage of its ability to volatilize at room temperature， this compound has been proposed as a new material useful for removing ancient tomb murals for better on-site conservation. This paper presents a feasibility study of menthol for this purpose under systematic laboratory conditions， concluding that menthol indeed meets the requirements of mural conservation work. Menthol's best operational temperature is about 20-40 ℃ higher than its melting point and the duplicative treatment of melted menthol shows the best consolidation efficacy. Finally， a field test was successfully carried out in a Tang dynasty tomb in Xian， which further proved that menthol is an effective material for separating the murals from the walls.

Keywords： menthol； ancient murals； Detachment； temporary consolidation； controlled removal

1 引 言

壁畫(huà)是依附于建筑物墻壁上的繪畫(huà)。中國(guó)古代的壁畫(huà)藝術(shù)包括建筑壁畫(huà)、石窟壁畫(huà)和墓葬壁畫(huà)等。這些壁畫(huà)反映了當(dāng)時(shí)社會(huì)政治、經(jīng)濟(jì)、文化、生活習(xí)俗、宗教、藝術(shù)、哲學(xué)、美學(xué)等諸多方面，其制作方法也與當(dāng)時(shí)的政治、經(jīng)濟(jì)、文化、技術(shù)發(fā)展水平相適應(yīng)。其中墓葬壁畫(huà)是人們幻想在死后繼續(xù)享受生前生活的反映，內(nèi)容豐富，題材廣泛，具有鮮明的時(shí)代特征，集中體現(xiàn)了當(dāng)時(shí)壁畫(huà)藝術(shù)的杰出成就。墓葬壁畫(huà)因?yàn)樯盥裨诘叵露靡粤舸?，彌足珍貴，具有極高的歷史價(jià)值、藝術(shù)價(jià)值和科學(xué)價(jià)值。

墓葬壁畫(huà)大多繪制在草拌泥的地仗層或者白灰層上，稱(chēng)為有地仗壁畫(huà)；有的直接繪制在整修平整的墓壁上，稱(chēng)為無(wú)地仗壁畫(huà)。墓葬壁畫(huà)的這種結(jié)構(gòu)決定了其脆弱性。在埋藏環(huán)境中長(zhǎng)期受地下水和可溶鹽的侵蝕，地仗材料變得疏松，力學(xué)強(qiáng)度下降，導(dǎo)致壁畫(huà)開(kāi)裂、空鼓、脫落、甚至坍塌。壁畫(huà)顏料層中的膠結(jié)物老化失去黏結(jié)力，使得顏料層起翹、粉化、脫落等。再加上盜墓活動(dòng)，目前考古發(fā)現(xiàn)的幾乎所有的墓葬壁畫(huà)都存在不同程度的破壞。由于發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)條件和壁畫(huà)出土狀況的限制，原址保護(hù)不太可能，在絕大多數(shù)情況下墓葬壁畫(huà)需要揭取遷移至室內(nèi)進(jìn)行保護(hù)[1]。

墓葬壁畫(huà)的保護(hù)包括兩部分，一是考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)的保護(hù)性揭取，一是實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的保護(hù)修復(fù)。目前墓葬壁畫(huà)的保護(hù)性揭取的主要工藝：考古現(xiàn)場(chǎng)原始記錄、畫(huà)面預(yù)處理、確定分割線制壁畫(huà)夾板、逐塊烘干、加固并封護(hù)、涂膠、貼紙、貼布、再烘干、切割畫(huà)面、揭取、包裝運(yùn)輸和暫存[2]。在揭取壁畫(huà)時(shí)，要求起加固封護(hù)作用的揭取材料能夠固型，在切割、揭取、轉(zhuǎn)移壁畫(huà)的過(guò)程中不變形，具有一定的抗震動(dòng)能力和機(jī)械強(qiáng)度，在后續(xù)保護(hù)修復(fù)中可以去除、無(wú)毒無(wú)殘留、不影響其他加固劑、封護(hù)劑和支撐材料的使用，不能造成壁畫(huà)基底損害等。

曾用來(lái)加固封護(hù)的揭取材料有團(tuán)粉漿糊[3，4]、桃膠[5]、環(huán)氧樹(shù)脂[6]、PrimalSF-016[7]、聚乙醇縮丁醛類(lèi)[8，9]和Paraloid B72等。使用這些揭取材料時(shí)，需要提前對(duì)壁畫(huà)進(jìn)行烘干，以增加材料的滲透深度，縮短固化時(shí)間。但是烘干壁畫(huà)，工程浩大，耗時(shí)耗力，尤其在空間狹小、高濕低溫的墓室中，要不間斷連續(xù)烘干，烘干后必須立刻涂膠，以防回潮。這極大地限制了操作時(shí)間。烘干墓室造成工作環(huán)境悶熱難耐，大大增加了工作負(fù)荷。對(duì)壁畫(huà)揭取材料的性能和作用機(jī)理認(rèn)識(shí)不足，加之環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致已經(jīng)揭取壁畫(huà)遭受二次損壞的越來(lái)越多，這一點(diǎn)已逐漸引起壁畫(huà)保護(hù)工作者的關(guān)注和重視[10-12]。

經(jīng)過(guò)大量調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)，薄荷醇在室溫下可以升華，具有揮發(fā)性，能夠?qū)崿F(xiàn)臨時(shí)固型和后期的可逆去除，可用于墓葬壁畫(huà)的揭取。

薄荷醇通常是由薄荷的莖葉經(jīng)過(guò)水蒸氣蒸餾提純得到的[13]，為無(wú)色針狀或粒狀結(jié)晶。薄荷醇有8種異構(gòu)體，它們的呈香性質(zhì)各不相同，左旋薄荷醇具有薄荷香氣并有清涼的作用，消旋薄荷醇也有清涼作用。早在2000年前，薄荷就被用來(lái)入藥，具有止癢[14]、止痛[15]、安定皮膚[16]的作用；薄荷醇還可用作牙膏、香水、飲料和糖果等的賦香劑[17，18]。作為藥物和食品添加劑，薄荷醇的毒理毒性數(shù)據(jù)健全[19，20]。薄荷在我國(guó)種植面積廣泛，產(chǎn)量巨大、品質(zhì)優(yōu)良、價(jià)格低廉；薄荷醇加工工藝成熟。2012年前，中國(guó)一直是全球最大的薄荷種植國(guó)。中國(guó)的薄荷油、薄荷醇產(chǎn)銷(xiāo)量和出口量約占當(dāng)時(shí)國(guó)際市場(chǎng)的50%；國(guó)內(nèi)薄荷粗油總產(chǎn)量曾一度達(dá)到8000多噸，出口約占產(chǎn)量的6成左右。薄荷醇在中國(guó)的諸多優(yōu)勢(shì)，是我們優(yōu)先選用它作為新型壁畫(huà)揭取材料的原因所在。并且，在我們之前的工作中，薄荷醇已經(jīng)作為臨時(shí)性固型材料，成功應(yīng)用于秦始皇兵馬俑博物館1號(hào)坑發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)[21，22]。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)室研究薄荷醇的滲透深度和滲透分布，我們?cè)u(píng)估了薄荷醇的壁畫(huà)揭取能力，研究了薄荷醇的最佳施工溫度和施工工藝，并在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中使用薄荷醇成功地對(duì)西安市一處唐墓壁畫(huà)進(jìn)行了揭取。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 材料和試劑

2.1.1 模擬陶胎樣品

本次實(shí)驗(yàn)中采用自制的模擬陶胎樣品，以代替文物樣品。將取自秦始皇陵園北側(cè)附近的黃土過(guò)40目篩子，壓成20cm×5cm的磚塊，先在110℃烘箱中干燥5h，再在干燥器中冷至室溫，最后在700℃下燒制，得到模擬陶胎樣品（以下簡(jiǎn)稱(chēng)陶胎樣品）。其礦物成分主要包括絹云母、石英、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、角閃石、方解石、高嶺石和伊利石等，平均孔隙率為32%左右。

2.1.2 試劑

L—薄荷醇（98%，熔點(diǎn)42℃，阿拉丁試劑，以下簡(jiǎn)稱(chēng)薄荷醇）

2.2 儀器及其測(cè)試條件

瑞士梅特勒-托利多公司的AB-140N電子天平，德國(guó)IKA的RCI basic S25磁力攪拌器，Brookfieldviscometer產(chǎn)的DV-II黏度計(jì)，美國(guó)ThermoNicolet的iN10顯微紅外光譜儀，深圳新三思計(jì)量技術(shù)有限公司生產(chǎn)的萬(wàn)能力學(xué)測(cè)試機(jī)，型號(hào)CMT5205，Nikon D700數(shù)碼相機(jī)。

2.3 材料性能表征方法

2.3.1 滲透深度和分布

將1g薄荷醇分別在60℃、70℃、80℃、90℃、100℃的溫度下加熱融化，將模擬陶胎樣品（40mm×40mm×15mm，25℃）的一端浸泡在熔融的薄荷醇熔體里，熔體侵入瞬間立即用鉛筆在最初的浸泡線上畫(huà)線標(biāo)記，觀察熔體的上升情況，180s后記錄熔體前沿線的位置，畫(huà)線標(biāo)記，用直尺測(cè)量熔體上升的高度，作為滲透深度的數(shù)據(jù)。將薄荷醇浸泡過(guò)的模擬陶胎樣品切割，使用iN10紅外顯微鏡觀察薄荷醇在陶胎樣品內(nèi)部的分布情況。紅外顯微鏡采用光圈尺寸50？滋m×50？滋m，步長(zhǎng)200？滋m，使用ATR反射模式，紅外光譜范圍4000—600cm-1，分辨率8cm-1，跟蹤薄荷醇的特征峰2941cm-1的位置，測(cè)試結(jié)果使用假彩色成像。

2.3.2 壁畫(huà)揭取能力和最佳施工溫度的確定

將2g薄荷醇加熱熔融后分別傾倒在鋪有紗布的黃土上，待熔體固化后，將紗布提起稱(chēng)重。所提起黃土的質(zhì)量作為評(píng)價(jià)薄荷醇揭取能力的數(shù)據(jù)。為了確定薄荷醇的最佳施工溫度，以確定現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)加熱溫度的設(shè)置參數(shù)。本實(shí)驗(yàn)中，將薄荷醇在50℃、60℃、80℃、100℃溫度下加熱融化，進(jìn)行上述能力測(cè)試，壁畫(huà)揭取能力最好的熔體溫度即為最佳施工溫度。

2.3.3 最佳施工工藝的確定

現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，常常采用多次涂刷加固劑的工藝以便達(dá)到較好的保護(hù)效果。本實(shí)驗(yàn)中，為了確定多次涂刷工藝對(duì)薄荷醇加固效果的影響，設(shè)計(jì)以下實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估。將7g薄荷醇熔體（60℃）一次性注入8mL的鋼制模具（20mm×20mm×20mm），待熔體完全固化后，脫模得到薄荷醇?jí)K體。將7g薄荷醇熔體（60℃）分兩次注入模具中，操作步驟是：待前一次澆筑的熔體固化后再澆筑第二次，直到注滿，熔體完全固化后，脫模得到薄荷醇?jí)K體。將7g薄荷醇熔體（60℃）分三次注入模具中，操作步驟是：待前一次澆筑的熔體固化后再澆筑下一次，連續(xù)三次，直到注滿，熔體完全固化后，脫模得到薄荷醇?jí)K體。將這三種施工方法分別標(biāo)記為一次澆筑、兩次澆筑和三次澆筑。同時(shí)，為了評(píng)估文物對(duì)象的溫度對(duì)薄荷醇加固效果的影響，將模具分別放置于0℃和20℃（模擬考古現(xiàn)場(chǎng)冬天0℃和春天20℃的溫度）的環(huán)境中保溫?cái)?shù)小時(shí)備用，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所有操作應(yīng)盡量快速，以保持模具的溫度。

薄荷醇熔體固化過(guò)程中會(huì)發(fā)生收縮，在中央形成孔洞，對(duì)孔洞的體積進(jìn)行測(cè)量，按照下式計(jì)算體積收縮率：

體積收縮率（%）=V/8（mL）×100

V（mL）為孔洞的體積。

體積收縮率越小，說(shuō)明該種工藝越好。

將三種澆筑工藝所得到的薄荷醇?jí)K體在萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行抗壓測(cè)試，將抗壓強(qiáng)度作為評(píng)價(jià)薄荷醇自身加固能力的依據(jù)?？箟簭?qiáng)度越高，說(shuō)明該種工藝越好。

3 結(jié)果與討論

3.1 滲透深度和黏度

由圖1可知，薄荷醇的黏度隨著溫度升高呈指數(shù)下降，滲透深度呈線性增長(zhǎng)。通常滲透由毛細(xì)作用力決定，但此實(shí)驗(yàn)中滲透深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于毛細(xì)作用所能達(dá)到的最大深度，而分子擴(kuò)散作用在這里起著決定的作用。薄荷醇分子中的羥基與陶胎中的極性基團(tuán)有除了范德華力之外的其他結(jié)合力，導(dǎo)致薄荷醇分子擴(kuò)散速度較快，滲透深度較深。薄荷醇在100℃時(shí)滲透深度接近20mm，能夠滿足墓葬壁畫(huà)揭取的需求。

3.2 滲透分布

由圖2-c可以看出，薄荷醇在陶胎樣品內(nèi)部的分布是不均勻的；由圖2-d進(jìn)一步可知，薄荷醇在陶胎樣品內(nèi)部的分布，呈現(xiàn)出周邊厚、中間薄的狀況。這很有可能是因?yàn)?，在?shí)驗(yàn)時(shí)，陶胎的一端浸漬在薄荷醇熔體內(nèi)的過(guò)程，同時(shí)也是高溫熔體對(duì)陶胎的加熱過(guò)程，這會(huì)造成陶胎內(nèi)部和邊緣的受熱不均勻，熔體在較低溫度的陶胎內(nèi)部結(jié)晶較快，阻塞了熔體的進(jìn)一步滲透；而在陶胎邊緣溫度較高，熔體可以滲透得較深。這與在考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)實(shí)際觀察到的現(xiàn)象相一致。現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，均勻施加薄荷醇后，待轉(zhuǎn)移的文物對(duì)象的中間部位較邊緣部位的強(qiáng)度總是要低一些，需要特別多次加固以鞏固強(qiáng)度。

3.3 揭取能力和最佳施工溫度的確定

圖3直觀地反映了薄荷醇提起黃土的能力，所提起黃土的質(zhì)量是對(duì)薄荷醇揭取能力的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。薄荷醇的羥基具有一定的極性，與黃土顆粒間除了分子間范德華力結(jié)合外，還有一定的氫鍵作用，因此被提起的黃土成為整塊，結(jié)合較為牢固，能夠經(jīng)受一定的機(jī)械摩擦或者撞擊。圖4是薄荷醇所提起的黃土的質(zhì)量。薄荷醇所提取黃土的質(zhì)量隨著溫度的升高出現(xiàn)先增加后減少的現(xiàn)象，這是因?yàn)楫?dāng)溫度升高時(shí)，薄荷醇的滲透深度呈線性增大，增加了載土量；但當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)大大促進(jìn)薄荷醇的揮發(fā)，導(dǎo)致薄荷醇質(zhì)量的損失，反而使提起黃土的質(zhì)量減少。分析圖4的數(shù)據(jù)可知，最佳熔融溫度位于高于薄荷醇熔點(diǎn)20℃—40℃處，在此溫度范圍內(nèi)薄荷醇熔體具有最強(qiáng)的揭取能力。

3.4 最佳施工工藝

在現(xiàn)場(chǎng)使用中，薄荷醇的施工工藝關(guān)乎能否成功揭取壁畫(huà)，因此，本實(shí)驗(yàn)中采取了三種不同的澆筑工藝來(lái)研究施工工藝對(duì)薄荷醇加固效果的影響。圖5展示了一次澆筑過(guò)程中薄荷醇的固化過(guò)程，發(fā)現(xiàn)該過(guò)程是明顯的體積收縮過(guò)程，在最終固化的塊體中央形成了一個(gè)淺淺的孔洞。對(duì)比三種工藝得到的薄荷醇?jí)K體（圖6）可以發(fā)現(xiàn)，一次澆筑得到的薄荷醇?jí)K體收縮最為明顯，兩次澆筑次之，三次澆筑最小，在圖6-b和6-c中，澆筑界面有明顯的分界線，呈半透明狀。體積收縮率的測(cè)試結(jié)果（圖7）和圖6照片的結(jié)果相一致。

對(duì)不同工藝條件下所得到的薄荷醇?jí)K體進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試發(fā)現(xiàn)（圖8），三次澆筑得到的塊體的抗壓強(qiáng)度最高，二次澆筑次之，一次澆筑最小。無(wú)論是0℃還是20℃，所制備的薄荷醇?jí)K體均呈現(xiàn)出相似的規(guī)律。結(jié)合體積收縮率（圖7）的數(shù)據(jù)，說(shuō)明三次澆筑具有最好的效果。因此在考古現(xiàn)場(chǎng)使用薄荷醇時(shí)，推薦使用多次涂刷薄荷醇熔體的施工工藝。

4 薄荷醇作為墓葬壁畫(huà)揭取材料的

應(yīng)用實(shí)例

4.1 西安市長(zhǎng)安縣唐墓石灰地仗壁畫(huà)的揭取

圖9是西安市長(zhǎng)安縣的一處唐墓壁畫(huà)。畫(huà)面是翩翩起舞的仙鶴，是石灰地仗層的壁畫(huà)，出土?xí)r環(huán)境相對(duì)濕度達(dá)到97%。圖10展示了薄荷醇揭取墓葬壁畫(huà)的過(guò)程。做好前期的考古現(xiàn)場(chǎng)原始信息記錄后，不需要烘干墓室和對(duì)畫(huà)面預(yù)處理，使用紗布覆蓋在將要揭取的壁畫(huà)區(qū)上，直接在紗布上刷涂熔融的薄荷醇（按照實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇60℃時(shí)的熔體，多次涂刷），待薄荷醇完全固化（需要5—10min），小心地將壁畫(huà)鏟下，放置在夾板上，固定好，最后安全轉(zhuǎn)移至實(shí)驗(yàn)室。圖11-a是薄荷醇去除過(guò)程中，紗布半揭開(kāi)的照片，圖11-b是薄荷醇完全揮發(fā)后壁畫(huà)的照片。薄荷醇揭取的壁畫(huà)形貌沒(méi)有發(fā)生任何肉眼可見(jiàn)的改變。表明薄荷醇是方便、快捷、有效、完全可逆的壁畫(huà)揭取材料。

5 結(jié) 論

薄荷醇具有揮發(fā)性，在室溫狀態(tài)下經(jīng)過(guò)一定時(shí)間能夠完全自動(dòng)去除掉。本研究考察了薄荷醇作為新型墓葬壁畫(huà)揭取材料的可行性。實(shí)驗(yàn)室研究表明：薄荷醇具有較好的滲透深度，能夠滿足壁畫(huà)揭取的需求；薄荷醇在陶胎樣品內(nèi)部的分布是不均勻的，呈現(xiàn)出周邊厚、中間薄的狀態(tài)；在黃土上的揭取實(shí)驗(yàn)表明，薄荷醇的揭取能力較好，在高于其熔點(diǎn)20—40℃的施工溫度下具有最好的揭取效果；多次涂刷工藝能夠達(dá)到最佳的加固效果。因此推薦在考古現(xiàn)場(chǎng)使用薄荷醇時(shí)，采用60—80℃溫度下熔融、多次涂刷的工藝施工?？脊努F(xiàn)場(chǎng)的壁畫(huà)揭取試驗(yàn)證明，薄荷醇在考古現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，在熔融狀態(tài)下可以直接刷涂在帖有紗布的壁畫(huà)上，冷卻后能夠起到加固作用。在揭取過(guò)程中，不需要對(duì)壁畫(huà)進(jìn)行烘干，具有省時(shí)、省能、省力等優(yōu)點(diǎn)。使用薄荷醇揭取壁畫(huà)，操作簡(jiǎn)單、施工方便、滲透性好、加固效果好，能夠?qū)崿F(xiàn)完全可逆、可控的壁畫(huà)揭取，具有很強(qiáng)的普適性和實(shí)用性。

致謝：特別感謝陜西省考古研究院、趙西晨、王嘯嘯等老師在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程中的幫助。

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