木质文物真空冷冻干燥的实验研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)浙江大学制冷与低温研究所 作者:张绍志

  冷冻干燥是除去饱水文物中水分的有效方法。作者利用浓度逐步升高的PEG2000溶液对木质文物样品进行处理后,在自制的冷冻干燥装置上进行了冻干。冻干效果良好,无开裂和断裂现象发生,试样中最大的、冻干前质量为460 g的文物样品冻干后在三个方向上的收缩率均小于2.5%。

  文物是一个国家和地区的历史见证。随着我国大规模基础建设的开展,如何保护好出土的文物是亟需解决的问题。在我国南方出土的竹器、木器基本都处于饱水状态,只有经过物理或化学的脱水才能长期保存、展示或研究。化学脱水方法如醇醚法、醇醚树脂法,用到的化学试剂不少是易燃、有毒的。物理干燥方法有自然干燥法、热空气干燥法、冷冻干燥法等。热空气干燥法容易引起文物的收缩和开裂,自然干燥法从浸渍到完全干燥需要花费很长的时间,对于腐蚀严重的饱水文物处理后会出现收缩、变形、开裂等现象。

  冷冻干燥法通过将水变成冰然后使冰升华的方式去除水分,已经在食品、生物材料保存、制药和超细粉体制备等领域得到广泛应用。将该法应用于文物保存,能有效地消除由于液态水分表面张力所带来的开裂现象,基本保持文物的原貌。对比自然干燥法,冷冻干燥法的处理时间大为缩短,可不受环境和季节的限制。早在1961年,瑞典科学家Lovisa 等就用冷冻干燥法处理从水中打捞上来的VASA 号木质战船,取得了良好的结果。近年来,国内的文物保护工作者也用冷冻干燥法保存了一些出土的饱水竹木文物。陈元生等用单分子GX 溶液浸渍一批严重朽蚀的饱水竹简,再加以冷冻干燥,脱水定形效果良好,处理后的竹简色泽自然,宽度方向收缩率在0.7%~1.9%。罗曦芸利用真空冷冻干燥法对一批战国饱水竹简进行了脱水处理,脱水后竹简色泽变浅, 强度增加, 长度方向收缩了0.02%~0.8%,宽度方向收缩率了0.7%~1.9%,厚度方向膨胀了0.8%~1.9%。赵桂芳对长沙西汉墓出土的四件木俑进行了冷冻干燥脱水处理,前处理采用了浓度由低到高的PEG2000 溶液以及PEG4000 溶液,四件木俑中收缩率最大的为长度方向1%、宽度方向4%、厚度方向4%。这些研究都没有涉及冷冻干燥过程的动态参数。

  为了对文物冷冻干燥过程的物理规律有更深入的认识,本文将在采用辐射加热方式的小型冷冻干燥装置上进行文物样品的冷冻干燥研究,为采用辐射加热方式的大型冷冻干燥装置的运行提供经验。

3、结论

  出土文物的保护是我国在大规模建设时期面临的迫切任务。本文采用自制的小型冷冻干燥装置对经过PEG2000 溶液处理的木质文物样本进行了冷冻干燥,记录了质量和温度变化曲线。冻干后的文物外观保持良好,无大幅度收缩或开裂现象发生。本文采取的预冻、辐射加热干燥条件为利用大型冷冻干燥装置进行出土文物的批量冻干处理提供了借鉴。

  【作者】 张绍志;房园园;虞效益;苏健;陈光明;卢衡;

  【Author】 ZHANG Shao-zhi1,FANG Yuan-yuan1,YU Xiao-yi1,SU Jian1,CHEN Guang-ming1,LU Heng2(1.Institute of Refrigeration & Cryogenics,Zhejiang University,Hangzhou 310027,China; 2.Zhejiang Provinicial Museum,Hangzhou 313010,China)

  【机构】 浙江大学制冷与低温研究所;浙江省博物馆;

  【Abstract】 Freeze-drying is an effective process to remove the water from waterlogged archaeological artifacts.With the PEG2000 solution whose concentration was gradually increased applied to the samples of those articrafts and then they were freeze-dried on a freeze-drier we developed,the results showed that no cracks/fractures are found on the samples.A 460g-sample as the biggest one revealed that its 3-D shrinkage ratios are all less than 2.5% after freeze-drying.

  【关键词】 饱水文物;冷冻干燥;PEG2000;收缩率;

  【Key words】 waterlogged archaeological artifact; freeze-drying; PEG2000; shrinkage ratio;

  【基金】 浙江省优先主题项目(编号2007C13G134001)

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