然而,文物與化學物質的相互作用是文物腐蝕和損壞的重要因素。
關於文物腐蝕過程的化學,壹個最熟悉的例子可能是鐵的腐蝕,它至少涉及壹個眾所周知的電池反應:
正極:O2+H2O+2e?2OH-
負極:Fe-2e?Fe2+離子
另壹個容易理解的例子是,壹些墓葬壁畫上往往覆蓋著壹層白色的薄膜。發現這種破壞是由於溶有二氧化碳的水能把碳酸鈣慢慢溶解成碳酸氫鈣,被蒸發幹燥,然後沈澱凝結在壁畫表面造成的。
對於紙質文物來說,酸性環境顯然是有害的,因為當紙張呈中性或堿性時,其耐久性、耐折性、防黴性、化學穩定性等機械性能較好,但空氣中的氮氧化物、二氧化硫都是酸性氣體,容易增加紙質文物的酸性,對文物造成損害。
化學與文物保護
化學、化工、材料保護方面的科技成果在文物保護中可以借鑒和應用。比如苯並三氮唑(BTA)是壹種優良的銅及銅合金緩蝕劑,在青銅器的保護上也有借鑒,也取得了很好的效果。壹般漆木器文物都是滿水的,容易收縮、變形、彎曲、起皮、開裂,必須脫水定形。明礬[kal (SO4) 2.12h2o]法是漆木文物脫水定型的常用方法之壹。這種方法主要是利用了明礬在不同溫度下水溶性的巨大差異。首先,將裝滿水的漆木文物在濃明礬溶液中煮沸幾個小時。這個過程使明礬滲透到文物中,然後趁熱取出。當它冷卻時,明礬的溶解度降低,並在木材中凝結,排出多余的水。這樣既排除了漆木文物中多余的水分,又加固了文物。
壁畫顏料中的鉛白[Pb2(OH)2CO3]在空氣中硫化氫氣體的作用下變成黑色的硫化鉛,影響畫面的顏色。當用過氧化氫處理時,黑色的硫化鉛可以被氧化成白色的硫酸鉛。
化學在文物考古方面有著廣泛的應用,以上只是對某些方面的簡單介紹。但是從中我們應該認識到,化學和其他自然科學是和考古學壹起發展的,就像化學和其他自然科學和其他社會科學壹起發展壹樣。
考古發掘離不開化學。
現代化學技術應用於分析和鑒定古物。
①鑒別文物的真偽。文物已經不能生產了。許多歷史遺產文物具有很高的藝術、科學或經濟價值,世界上經常發生偽造文物的案件。以前判斷文物真偽主要靠觀察。現代分析技術的應用為鑒定文物真偽提供了可靠的依據。比如20世紀40年代,歐洲古董市場出現了壹批戰國時期的“陶俑”,價格非常昂貴,真假難辨。後來在英國牛津實驗室用熱釋光鑒定,結果是純贗品。
(2)研究文物的制造技術。中國的很多工藝在世界上都是數壹數二的,但是已經失傳了。為了繼承和發展這些工藝,需要現代化學分析技術來研究制造過程。秦簡的不銹鋼之謎就是壹個極好的例子。秦俑坑出土的秦簡,埋在地下2000多年了,依然鋒利如新。經過分析研究,其表面鍍有壹層含2%鉻的氧化膜,因此可以防銹,保護正面。這項技術直到20世紀30年代才首次在西方獲得專利。陜西法門寺的金框,金線最細,0.016mm。
③探索文物的來源和產地。通過測量文物的成分和含量,可以找出它們的來源和產地。陜西法門寺收藏的玻璃制品是中國古代自己制作的,還是中西文化交流傳入中國的?據研究,我國唐宋以前的玻璃鉛含量較高,主要是鉛玻璃,而古代西方玻璃主要是鈉鈣玻璃,基本不含鉛。通過分析可知,這些玻璃制品是西方國家對唐朝的貢品,見證了中西文化的交流。通過絲綢之路,中國精美的絲綢制品傳入西方,同時玻璃制品也從西方大量傳入中國。可見,唐朝實行開放政策,促進了唐朝的繁榮。
文物保護
各類文物經去泥、清洗、除銹、保護後由博物館入庫。其原理是針對各種材質的文物腐蝕機理,在不影響文物原貌的前提下,最大限度地減少腐蝕過程。其缺點是不能從根本上防止文物繼續腐蝕,保護層需要定期塗刷。本文討論壹般文物保護中的化學問題。
1.金屬文物
金、銀、銅容器采用不同的保護方法,腐蝕程度不同。壹般只用2%NaOH或1%HNO3清洗金器表面的鈣質和沈積物,而用酒石酸鉀溶液溶解金器內層的浮銹,嚴重的浮銹必須在顯微鏡下人工清除。銀器銹斑有AgCl,Ag2O,Ag2S。有嚴重黑膜的應使用軟布蘸CaCO3—水漿或NH3·H2O—C2 H5 oh和稀Na2S2O3擦洗。然後,用10%Pb(OAc)2浸泡的絲綢與空氣隔離,並在室溫下儲存在無H2S和O3的環境中。青銅器上的銅銹成分復雜,往往包括Cu2O、CuCl、CuCO3、Cu(OH)2、cuc L2·3Cu(OH)2)2、Cu2(OH)2CO3等。它由NH3·H2O、堿性甘油(由12g NaOH、4mL甘油和100mL水組成)、堿性酒石酸鉀鈉(由5g NaOH、15g酒石酸鉀鈉和100mL水組成)、H2SO4—K2Cr2O7、六偏磷酸鈉、EDTA鈉等物質組成。也可以用10%NaOH和適量的Zn、Al粉調成糊狀塗在生銹部位,還原後清洗幹凈。在表面刷上苯並三氮唑,在銅表面形成。
“何尊”青銅器經過這種處理後依然完好無損,工藝如下:
鐵的腐蝕特別復雜,鐵銹的成分有氧化物硫化物、硫酸鹽和磷酸鹽。出土時用手清除大塊鐵銹,再用10%HOAc(加入0.1 ~ 1% CrO42-、Cr2O72-、PO43-、吡啶、烏洛托品作為緩蝕劑)進壹步除銹。例如,由435份H3PO、5份丁醇、20份乙醇、1份對苯二酚和39份水組成的除銹劑,也具有表面磷化防銹的功能。有機絡合劑如草酸鈉、EDTA鈉和葡萄糖酸鈉也可用於除銹。如果出土時鐵器非常易碎,應在10 ~ 20mmhg下用30 ~ 40%的聚丙烯酸樹脂乳液浸潤,固化加固,表面處理。有四種方法:(1)防腐法:亞硝酸二環己胺10,碳酸環己胺10,水。(2)磷酸鹽保護法:用10%H3PO4浸泡。(3)鞣酸鹽保護法:鞣酸200份,乙醇150mL,水100mL,反復刷6次。(4)表面封閉:用上述任何壹種方法處理後,浸入熔化的微晶石蠟中,直至不起泡。取出後用蘸有石墨粉的刷子擦掉表面的蠟。
錫制和鉛制容器略有生銹。壹般錫器表面呈深灰白色,即SnO和SnO2生銹。以Zn和Pb為陽極,以10%NaOH為電解液進行還原,與前面封蠟處理相同。鉛表面的氧化膜結構細密,也是保護層。特殊處理,先用1.2 mol L-1 HCl浸泡至不起泡,再用蒸餾水(煮沸)浸泡數次,再用25倍的1.2 mol L-1nh4oac溶液lhr浸泡。取出後用蒸餾水浸泡數次,再用乙醇和丙酮擦幹,用蠟封好。
2.無機非金屬文物
石刻、石雕、壁畫等非金屬文物的保護,主要是及時修復破損的線條、文字、繪畫,恢復文物原貌。然後,塗上防紫外線的保護膜,使用不飽和聚酯樹脂。破損、開裂的文物要用樹脂粘結加固。如聚甲基丙烯酸樹脂、聚醋酸乙烯酯乳液、聚乙烯醇縮丁醛乳液等。1986,浙江省椒江市文物管理委員會挖出日軍殘破的“汪精衛夫婦跪像碑”殘片。用粘合劑修補,這本愛國主義教科書得以保存。陶瓷器皿壹般不會被腐蝕,破損的碎片可以用環氧樹脂粘接。
3.有機文物
(1)綠色植物標本:浸泡在10% Cu (OAC) 2-HOAC溶液中,加熱至85 ~ 90℃。標本變綠後,取出沖洗幹凈,用5%甲醛或70%乙醇保存,或晾幹。對於嫩葉和莖,將其浸泡在由乙醇100毫升、水100毫升、36-38%甲醇11毫升、甘油5.5毫升、乙酸5.5毫升和氯化銅222克組成的混合溶液中3-5天。原理如下:
處理後的綠色樣品被CMC-Na+膜保護。
(2)紙質文物:出土時必須經過脫酸、消毒、塗層處理後才能收藏保存。脫酸的方法很多,可以分為濕法脫酸和幹法脫酸兩大類。濕法脫酸是將紙制品浸泡在堿性溶液中,或者將堿性溶液噴灑在紙制品上。常用的堿液有Ba(HCO3)2、Ca(HCO3)2、Sr(HCO3)2、Mg(HCO3)2等飽和溶液。幹法脫酸是用堿性物質熏蒸。例如NH3、碳酸環己胺、莫林、二乙基鋅等。通常用量為:NH3: H2O (1: 10),密封24 ~ 36 hr,紙張pH值降至6.8 ~ 7.2,碳酸環己胺浸於藥紙中,每隔50頁插入書中,密封兩周。莫林在真空中熏蒸10分鐘;二乙基鋅也在真空中大量使用,但壹定要註意安全。脫酸往往同時起到殺菌的作用。只需在紙制品表面噴塗CMC-Na+液膜,機械性能和耐光性均可提高。
(3)竹、木、漆器:出土時自然幹燥會開裂、收縮,必須用化學方法脫水、定形。常用的方法有醇醚法、聚乙二醇法和有機矽聚合物法。醇醚法是最簡單的。壹是不斷用乙醇浸泡文物,不斷更換新鮮的乙醇,使乙醇濃度增加,H2O比例降低。然後浸泡在乙醇中代替乙醇,乙醚是揮發性的,不會造成細胞壁的塌陷。最後,有機單體(如醋酸乙烯酯)滲入反應器壁中,在60Co放射源的照射下發生聚合強化。然後用環氧乙烷、二硫化碳等熏蒸。殺蟲殺菌。
(4)紡織文物:保護包括清洗、漂洗、防蟲、變質加固等步驟。先用硼酸(1%)清洗,過程如下:
nabo 2·3H2O·H2O 2→nabo 2+3H2O+H2O 2
釋放的H2O2不超過0.7%,不會損傷面料。其次,采用還原Na2S2O4、NaHSO2 CH2O 2H2O(甲醛硫代硫酸鈉)結合5%HOAc漂白。
環氧乙烷熏蒸可殺滅昆蟲,作用於細菌和害蟲蛋白質中的—SH、OH、—NH2、—COOH等活性基團,從而達到殺蟲、殺菌的效果。最佳操作條件為:相對濕度25 ~ 50%,54℃。最後,選擇5%尼龍乙醇溶液、2%聚甲基丙烯酸甲酯甲苯溶液和5%聚乙烯醇縮醛乙醇溶液塗覆保護層進行加固。馬王堆出土的“粘土金銀火焰印花紗”,用生膠蛋白加固保護,效果很好。皮革和骨頭碎片的保護方法和步驟都差不多。用1 ~ 3%三甲基樹脂丙酮溶液對1976號傅浩墓出土的象牙器碎片進行填充粘接。
古建築文物保護多采用修復加固而非重建的方法。通常,不飽和聚酯用作增強劑。比如十三陵靈恩寺的加固,就是將307#樹脂和181#樹脂按照3: 1的比例混合,再加入2%的O.P .(過氧化二苯甲酰)和0.2%的萘二甲酸鈷,就可以用於整個建築構件。固化後,可與地板黃、泥土壹起使用。該處理還具有防潮、防白蟻和防火的功能。
總之,出土文物的保護是壹項艱巨的任務,許多新材料和新技術將很快被引入文物保護。如性能良好的有機矽樹脂、14C測年、X射線衍射物相分析、掃描電鏡、電子探針等已逐漸應用於文物的分析保護。更好地保護和發展我們祖先留下的文明。