壁画修复材料——敦煌壁画修复加固材料选择实验

　　修复壁画，最关键的是选用适宜的修复加固材料。材料选定后，采用适合的修复工艺和方法也是非常重要的。根据敦煌地区气候干燥的特点，敦煌研究院于20世纪70年代初，在我国著名的文物保护专家胡继高先生的指导下，采用聚醋酸乙烯乳液和聚乙烯醇的混合胶结剂修复加固龟裂、起甲壁画，后来改用单一的聚醋酸乙烯乳液。30多年来，已经修复龟裂、起甲壁画约3000多平方米。经过观察和监测，保护加固效果良好。
　　过去，有人对聚醋酸乙烯乳液修复敦煌壁画提出了疑问，这主要是考虑到聚醋酸乙烯乳液材料本身的性能并不是很好，特别是其耐老化性能。的确，过去用聚醋酸乙烯乳液修复过的一些壁画效果都比较差，但经我们调查，这些壁画所处的环境都比较潮湿。而敦煌地区的气候特别干燥，用聚醋酸乙烯乳液修复的壁画效果则比较好。针对这个问题，结合敦煌石窟特殊干燥的环境条件，作者在东京文化财研究所与西浦忠辉合作，对聚醋酸乙烯乳液修复敦煌壁画的效果进行了初步的验证实验。
　　同时，又选择有机加固材料Panaloid B-72，以及高模数的硅酸钾K2SiO3(PS)和硅酸锂Li2SiO3(LS)等无机加固材料，进行了对比试验。
　　一、敦煌壁画修复加固材料选择实验
　　模拟制作与敦煌壁画近似的壁画试块，选择聚醋酸乙烯乳液、聚乙烯醇和Panaloid B-72，以及高模数的硅酸钾K2SiO3(PS)和硅酸锂Li2SiO3(LS)等无机加固材料对壁画试块进行加固，并尽可能地模拟莫高窟干燥的环境条件，进行热氧化老化和紫外线老化的加速老化试验。
　　(一)实验
　　1.颜料选择
　　绘制壁画实验试块所用的颜料为敦煌现在临摹壁画用的颜料，部分为日本生产的颜料：红色为朱砂，绿色为石绿，白色为胡粉(日本产，化学成分为碳酸钙)，赭色为赭石，蓝色为石青，蓝青色为以石青为主，黄色为石黄。所用颜料基本为无机矿物颜料，只有蓝青中混入少量有机颜料，赭石和蓝青中原来就掺入少量骨胶。
　　2.加固剂选择
　　本试验选择了敦煌莫高窟常用来修复加固壁画的聚醋酸乙烯乳液以及目前国际上修复壁画用得较多的Panaloid B-72，同时选择了高模数的硅酸钾K2SiO3(PS)和硅酸锂Li2SiO3(LS)等无机加固材料，进行对比加固实验。加固剂选择见表8-1。聚醋酸乙烯乳液、聚乙烯醇、PS、LS配制为5％的水溶液，Panaloid B-72以甲苯配制为5％。
　　3.壁画试块制作
　　锯割14㎝×7㎝×0.5㎝石棉板28块。用日本的黏土掺入敦煌莫高窟壁画残片的黏土约1／7(因壁画残片的量较少)，加入适量的棉花做成泥浆。在石棉板上敷抹厚约8㎜的泥层，适时压平抹光。试块泥层完全自然干燥后，用日本的5％的鱼胶调成的胡粉浆在试块的泥层面上薄薄涂刷一层白粉层。待白粉层完全自然干燥后，再分别以5％的鱼胶调配上述选好的颜料绘制壁画试块。试块完全干燥后，将其分成七组，每组四块。然后将每组试块中的两块分别以上述配制好加固剂进行加固，另两块不做加固。第一组试块以5％的聚乙烯醇加固，编号为1；第二组试块以5％的聚醋酸乙烯乳液加固，编号为2；第三组试块以5％的Panaloid B-72加固，编号为3；第四组试块以模数为4的5％的PS加固，编号为4；第五组试块以模数3.7的5％的PS加固，编号为5；第六组试块以模数为3.3的5％的PS加固，编号为6；第七组试块以模数为7.5的5％的LS加固，编号为7。加固剂以喷涂加固为宜。待加固的试块完全自然干燥后进行照相记录，然后将所有试块横向锯割成两半，一半进行老化实验，另一半为原始样品以做对比。
　　4.老化条件设定
　　敦煌气候干燥，年平均相对湿度一般为20％～30％，夏天最高气温达40℃左右，冬天最低气温达-22℃左右，一般日温差在18℃左右。年降雨量不到30㎜，但蒸发量超过4000㎜。环境的温湿、度变化大，例如，1964年对161窟的测定，年平均相对湿度为16％，最高达47％，最低仅3％。我们认为壁画龟裂的主要原因之一是气候特别干燥，温度、湿度剧烈变化以及光照等因素的作用，使壁画中原有的胶结材料老化。因此，这次壁画加固材料的老化实验，仅做了热氧化老化和紫外线老化，以对上述加固剂在干燥的环境下，修复加固壁画的效果进行初步考查。
　　(1)热氧化老化
　　用日产SS-105N自动干燥炉，80℃，将每组加固过的一块和没有做加固的一块的一半进行老化，同时不断观察试块上的颜料的变色状况。老化600h后，所有加固试样的红色都明显变暗，没有加固的试样红色也变暗。这是颜料本身的性质所引起的变色，因为这次试验用的红色颜料是人工合成的银朱，其稳定性较天然朱砂差。过去，我们用这种银朱临摹的壁画，日久色调也会变暗。在老化600h后，试样1、3的白色颜料轻微变黄。老化1150h后，试样1、3白色颜料明显变黄，这显然是加固剂老化而引起的。而试样2、4、5、6、7未出现变色现象和龟裂剥离。
　　(2)紫外线老化
　　将每组加固过的另一块和没有做加固的另一块的一半，在紫外线老化箱中进行老化实验。紫外线灯管为东芝FL20SBLB(20W)，试样与灯管距离为66.5㎝，紫外线强度为300μw／c㎡。老化1000h，紫外线老化和热氧化老化出现了相同的情况，即试样1、3白色颜料明显变黄，试样2、4、5、6、7未出现异常变化。同时，用胶带粘剥的方法初步测试颜料层在泥层上附着的牢固程度。其做法是，同一种胶带，相同的方法，粘着剥离热氧化和紫外线老化后的每块试样颜料，以颜料被剥离多少粗略估计每种加固剂材料经老化后黏着力下降的情况。结果是试块1、3的加固剂黏着力较试块2、4、5、6、7下降大。
　　(二)结果讨论
　　敦煌莫高窟壁画上起十六国，下至元代，延续千余年。各个时期制作壁面的材料、工艺和绘制壁画的颜料、调配颜料掺加的胶结材料不完全相同。492个洞窟分布在长1600多m，高30m左右的砾岩崖体上，各个洞窟高低位置不同，因此水文、地质状况也不相同，同时洞窟的大小、深浅、方位也有差异。这样每个洞窟的温度、湿度变化也不完全相同。千百年来，壁画龟裂的程度及颜料中胶结材料的老化程度不完全相同。所以，敦煌壁画加固材料的选择是一个十分复杂的研究课题。本试验只能说是敦煌壁画加固材料选择的初步试验，进一步的试验应在对各主要历史时期壁画地仗材料、壁画结构、颜料，特别是绘制壁画时掺加在颜料中胶结材料研究的基础上，结合莫高窟特殊干燥的环境条件来进行，即模拟实验的条件应尽可能地接近莫高窟壁画和环境的实际情况。
　　从这个初步的耐热氧化性和耐紫外线老化的实验结果看，壁画加固材料的耐老化性与其材料本身的特性有很大关系，但更重要的是取决于材料老化的条件，即壁画所处的环境。聚醋酸乙烯乳液和聚乙烯醇，目前在通常自然环境中并不是优良的壁画加固材料，特别在湿度较大的环境中，其性能就更差，渗透性也差。但是在敦煌特别干燥的环境中和孔隙率很大的壁面上，聚醋酸乙烯乳液和聚乙烯醇的水溶液，其渗透性和耐老化性能都比较好。30多年对敦煌石窟壁画修复加固证明，不论加固效果，还是加固工艺，聚醋酸乙烯乳液是一种较理想的加固材料。本试验也初步证明它的耐热氧化性和耐紫外线老化的性能也较强。
　　Panaloid B-72是目前文物保护界应用较普遍的一种性能很好的壁画加固材料，特别在湿度较高的环境中，它的耐老化性能优于聚醋酸乙烯乳液，并且渗透性也好。莫高窟在20多年前也做了加固壁画的现场试验，对它的加固效果正在进一步地观察和研究。初步看来经热氧化和紫外线老化后，Panaloid B-72明显地老化，并且强度降低较大。在做风化砂岩的加固试验中，出现了相同情况，加固试样在温度、湿度80℃、15％与4℃、95％的条件下，2h为一周期，老化1400个周期后抗压强度下降较大。当然，这两个试验并不是对Panaloid B-72加固材料的全部结论，只是在特定环境条件下，初步试验结果的一个简单的说明，待今后进一步试验和分析研究。
　　本试验中，无机加固材料PS、LS加固敦煌壁画虽然获得了较理想的加固效果。但从所做的实验来看，PS和LS加固壁画，会影响壁画颜料色度的变化。当然这也不是最后的结论。我们可以认为PS和LS耐候性较强，价廉，施工工艺简单，在敦煌特别干燥的环境中加固壁画是可能的，应进一步研究。以上只是对加固效果和老化过程的观察提出我们的粗浅看法，实在难免有误。敦煌壁画加固材料的选择试验这只是个开端，待我们对老化前后的全部试样对比分析后，再谈进一步的认识。