干冰清洗技術(shù)對陶器文物清洗的探索

摘 要：文物清洗是文物修復(fù)中的首要工作，現(xiàn)階段清洗時使用的試劑如丙酮等有時會對人體與環(huán)境造成損害。因此，尋找新的清洗材料與清洗手段，對于文物修復(fù)者來說是非常重要的新課題，也對修復(fù)工作持續(xù)性發(fā)展具有非常重要的意義。文章通過干冰清洗技術(shù)在臨夏州博物館館藏的各種污染物陶器標(biāo)本的實驗性運用，對其清洗效果進(jìn)行試驗和分析。

關(guān)鍵詞：干冰清洗;陶器標(biāo)本;實驗

1 引言

各種陶器文物在保存時保存狀況不一樣，經(jīng)過日積月累的放置，逐漸在文物表面上形成許多污垢，如油脂、霉菌，有的是難溶沉積物，也有的是經(jīng)過修復(fù)的器物上的環(huán)氧樹脂等較難去除的黏合劑。

現(xiàn)階段清洗文物時使用的方法有兩種：一種是物理清洗方法，另一種是化學(xué)清洗方法。其中物理清洗方法也可以分為兩種：第一種是超聲波清洗，效果比較好，但同時也會對器物表層產(chǎn)生劃痕等損傷;第二種先用傳統(tǒng)文物修復(fù)工具如毛刷、小錘子等把泥土、沉積膜處理掉，然后用水清洗，這種清洗方法對一些穩(wěn)定性強(qiáng)的污染物效果一般?；瘜W(xué)清洗方法是用化學(xué)試劑進(jìn)行清洗，如丙酮等清洗劑。丙酮等化學(xué)品試劑，雖然效果還可以，但特點是毒性較高、揮發(fā)性強(qiáng)，對環(huán)境和修復(fù)工作者造成一定的傷害，不利于長久發(fā)展。如果用毒性較低的低濃度強(qiáng)氧化水等試劑清洗，效果一般。

隨著現(xiàn)代科學(xué)的進(jìn)步發(fā)展，干冰清洗技術(shù)成了清洗的新手段，如何將這個新技術(shù)應(yīng)用在文物清洗領(lǐng)域中，是當(dāng)今文物修復(fù)者的一個新課題。

2 干冰技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用

干冰是二氧化碳的固態(tài)形式，在常溫下是無色無味的氣體，在空氣中約含0.03%。干冰在常壓下，固體直接升華，能使周邊溫度降至零下78℃左右，沒有液化的過程，并且干冰顆粒的硬度一般。1823年，英國的法拉第和笛彼首次液化了二氧化碳。1834年，德國的奇絡(luò)列研制出了固體二氧化碳。1925年，美國的干冰股份有限公司開始大量生產(chǎn)干冰。當(dāng)時將制成的成品命名為干冰，干冰一詞由此產(chǎn)生，其實它的正式名稱叫作固體二氧化碳。干冰的主要優(yōu)勢在于能做到無損清洗。由于它的這個特點以及環(huán)境無污染性的優(yōu)點，逐漸應(yīng)用于各大工業(yè)類行業(yè)，如工業(yè)模具、電子工業(yè)、電力行業(yè)等。將干冰清洗技術(shù)應(yīng)用于文物清洗，主要還是在文物建筑表面，對可移動文物清洗還沒有開展具體工作。

3 干冰清洗技術(shù)的原理及優(yōu)點

干冰清洗是利用壓縮空氣動能帶動干冰清洗機(jī)里的干冰，通過專業(yè)設(shè)備將干冰和氣體混合再通過管道和專業(yè)噴嘴噴射到物體表面，從而達(dá)到清除污漬的目的。干冰清洗的原理主要有三個：一是“能量轉(zhuǎn)移”。干冰通過干冰清洗機(jī)在高壓氣流中加速，通過噴嘴沖擊清洗物體表面，干冰顆粒與清洗表面發(fā)生極其快速的熱轉(zhuǎn)移，瞬間升華，所造成的沖擊力可以破壞污垢層與物體之間的黏合力，同時吹走部分污跡。二是“低溫龜裂”。不同熱膨脹系數(shù)的兩種不同材料，它們之間的溫差會破壞兩種材料間的結(jié)合。干冰粒（-78℃）沖擊物體表面，使污垢冷凍至脆化及爆裂，產(chǎn)生“龜裂”，影響?zhàn)じ轿酃傅臋C(jī)械性能，致使其脆性加大，兩者之間的溫差將造成互相剝離。三是“微爆炸”。干冰顆粒在常溫常壓下會迅速膨脹成氣體，體積膨脹600～800倍，這樣將在器物表面形成微型爆炸，將污垢剝離物體表面，此時需要適當(dāng)調(diào)節(jié)干冰輸出量，否則會影響清洗效果。干冰清洗過程，利用壓縮空氣作為動力，把干冰顆粒以超音速噴射至被清洗對象表面，但并非單依賴干冰顆粒的動能，而是利用干冰的超低溫性達(dá)到除污目的。它的優(yōu)點是作為清洗介質(zhì)對清洗對象表面損傷非常小，清洗完后就只有污垢會剝離，不會產(chǎn)生額外的雜質(zhì)及污染物。并且二氧化碳是常見的溫室氣體，不會對環(huán)境造成污染。干冰清洗的原理還是二氧化碳的物理性質(zhì)決定了它的清洗效果，因為二氧化碳的狀態(tài)轉(zhuǎn)換是清洗技術(shù)的主要內(nèi)容，表1是二氧化碳的物理性質(zhì)。

4 干冰清洗的科學(xué)實驗

為了了解干冰清洗技術(shù)對陶器文物的清洗效果，我們課題組一行四人于2018年11月15日至11月19日奔赴西安陜西克林勒斯清洗技術(shù)服務(wù)有限公司對50件陶器標(biāo)本進(jìn)行清洗實驗（圖1）。

實驗裝置：一臺規(guī)格型號為IC310S的德國ICS干冰清洗機(jī)（圖2）;一箱直徑為3mm、長度為1～15mm干冰顆粒（圖3）。

實驗材料：實驗對象為21套不同附著物、不同硬度的陶器標(biāo)本。

實驗場地：陜西克林勒斯清洗技術(shù)服務(wù)有限公司清洗車間。

實驗方法：在陜西克林勒斯清洗技術(shù)服務(wù)有限公司專業(yè)人員的指導(dǎo)下，由一人按住實驗的器物，一人進(jìn)行干冰清洗（圖4），按照干冰清洗機(jī)的壓力從小到大、時間從短到長、劑量從小到大的順序進(jìn)行清洗，并且改變噴射角度，由60°到90°，尋找最佳噴射角度。在清洗的過程中，按照陶器標(biāo)本材質(zhì)不同、污染物不同、硬度不同，通過壓力不同、時間不同、劑量不同來做清洗實驗，最后詳細(xì)做好實驗數(shù)據(jù)的記錄。實驗總共為期5天，每天對10件不同材質(zhì)、不同污染物的陶器標(biāo)本進(jìn)行40分鐘的清洗，總共對21件陶器標(biāo)本進(jìn)行了實驗。

5 干冰清洗陶器標(biāo)本的具體實驗數(shù)據(jù)

陶標(biāo)1，夾砂陶。胎體較厚，污染物為塊狀泥土（圖5）。當(dāng)干冰清洗機(jī)壓力0.15MPa時，有小的堅硬的粒狀泥洗不掉;當(dāng)干冰清洗機(jī)壓力增至0.2MPa時迅速除干凈堅硬的塊狀泥土;當(dāng)干冰清洗機(jī)加至壓力0.25MPa可迅速除去陶器上用中性筆寫的標(biāo)記（圖6）。

陶標(biāo)2，泥質(zhì)陶。胎體密度高，胎體硬，質(zhì)地細(xì)，均有黑彩，有紋飾，污染物為泥土（圖7）。當(dāng)干冰清洗機(jī)壓力0.2MPa時可除去表層泥土，但是出現(xiàn)了洗不掉的膠質(zhì)附著物;當(dāng)干冰清洗機(jī)壓力加至0.3MPa時膠質(zhì)附著物被除去（圖8）;干冰清洗機(jī)壓力加至0.4MPa時，彩被洗掉了。

陶標(biāo)3，泥質(zhì)陶。質(zhì)地細(xì)、胎體較薄，污染物為泥土（圖9）。當(dāng)干冰清洗機(jī)壓力0.2MPa時，泥土可以清掉;當(dāng)干冰清洗機(jī)壓力加至0.25MPa時，陶器標(biāo)本上的細(xì)小紋路被洗出（圖10）。

陶標(biāo)4，夾砂陶。質(zhì)地粗，污染物為泥土（圖11）。當(dāng)干冰清洗機(jī)壓力0.15MPa時，表面泥土被洗干凈;當(dāng)干冰清洗機(jī)壓力增至0.2MPa時，陶器標(biāo)本雜質(zhì)已被洗出來（圖12）。

陶標(biāo)5，夾砂灰陶。質(zhì)地粗，較厚，污染物為煙熏（圖13）。當(dāng)干冰清洗機(jī)壓力0.2MPa時，煙熏可洗掉（圖14）;當(dāng)干冰清洗機(jī)壓力增至0.25MPa時，陶器標(biāo)本本體已有損傷。

陶標(biāo)6，橙黃陶。陶質(zhì)細(xì)膩，胎體較厚，密度高，質(zhì)地硬，污染物為煙熏（圖15）。當(dāng)干冰清洗機(jī)壓力0.2MPa時，煙熏可洗掉;當(dāng)干冰清洗機(jī)壓力增至0.3MPa時，洗不掉裂口處的煙熏痕跡;當(dāng)干冰清洗機(jī)壓力加至0.35MPa時，亦洗不干凈（圖16）。

陶標(biāo)7，素陶。胎體較厚，污染物為可溶性鹽（圖17）。當(dāng)干冰清洗機(jī)壓力0.2MPa時，可以除塵、除鹽，但不可噴洗太久，太久會洗掉本體的雜質(zhì);當(dāng)干冰清洗機(jī)壓力增至0.4MPa時，會損傷本體（圖18）。

陶標(biāo)8，橙紅陶。胎體較薄，密度高，硬，污染物為可溶性鹽（圖19）。當(dāng)干冰清洗機(jī)壓力0.2MPa時，可洗掉陶器標(biāo)本上的可溶性鹽，洗久之后本體雖沒有太大損傷，但燒陶時本身留下的氣泡被洗出來了（圖20）。

陶標(biāo)9，泥質(zhì)陶。黑彩，有紋飾，密度低，軟，污染物為可溶性鹽（圖21）。當(dāng)干冰清洗機(jī)壓力0.1MPa時，彩損傷較小;當(dāng)干冰清洗機(jī)壓力增至0.2MPa時，本體易損傷（圖22）。

陶標(biāo)10，夾砂陶。素陶，胎體厚，較疏松，污染物為可溶性鹽（圖23）。當(dāng)干冰清洗機(jī)壓力0.1MPa時，即可清洗掉可溶性鹽;當(dāng)干冰清洗機(jī)壓力0.2MPa時，會出現(xiàn)剝離本體的情況（圖24）。

陶標(biāo)11，完整灰陶罐。胎體厚，密度適中，污染物為可溶性鹽（圖25）。當(dāng)干冰清洗機(jī)壓力0.05MPa時，沒太大效果;當(dāng)干冰清洗機(jī)壓力0.1MPa時，清洗有效果（圖26）。

陶標(biāo)12，灰陶，胎體厚，口沿部分，污染物為可溶性鹽（圖27）。當(dāng)干冰清洗機(jī)壓力0.3MPa時，可清洗掉可溶鹽，但頑固鹽漬洗不掉（圖28）。

陶標(biāo)13，素陶罐。密度適中，污染物為油漬（圖29）。當(dāng)干冰清洗機(jī)壓力0.1MPa時，可處理掉表層塵土、油漬，完全清洗成功，對標(biāo)本本體無損傷（圖30）。

陶標(biāo)14，夾砂陶。胎體適中，密度適中污染物為油漬（圖31）。當(dāng)干冰清洗機(jī)壓力0.1MPa時，可除表面污物，可洗出胎體橙紅質(zhì)，胎體內(nèi)白色雜質(zhì)顯現(xiàn)（圖32）。

陶標(biāo)15，彩陶。質(zhì)地疏松，密度低，質(zhì)地軟，其中一個密度高、質(zhì)地硬，污染物為油漬（圖33）。干冰清洗機(jī)壓力0.1MPa時，質(zhì)地疏松的標(biāo)本，沉積膜易被洗掉，同時彩也容易洗掉（圖34）。

陶標(biāo)16，泥質(zhì)陶。胎體適中，密度低，質(zhì)地軟污染物為油漬（圖35、圖36）。用0.1MPa干冰清洗機(jī)壓力時，胎體、彩、紋飾受損，器物內(nèi)側(cè)的沉積膜不易洗掉。當(dāng)干冰清洗機(jī)壓力加至0.8MPa時，內(nèi)側(cè)沉積膜可洗掉，但效率較低，沉積膜大塊掉，器物內(nèi)側(cè)無損（圖37、圖38）。

陶標(biāo)17，塔式罐頂。污染物為油漬（圖39）。當(dāng)干冰清洗機(jī)壓力0.05MPa時，無效。當(dāng)干冰清洗機(jī)加至0.2MPa可清洗油漬，但效率低;當(dāng)干冰清洗機(jī)壓力調(diào)至0.3MPa時，大部分污染物可洗掉，但結(jié)塊污漬清不掉（圖40）。

陶標(biāo)18，夾砂陶。密度低，胎體厚，污染物為油漬（圖41）。用0.1MPa干冰清洗機(jī)壓力清洗時，胎體受損，剝離了表層繩紋，器表受損（圖42）。

陶標(biāo)19，橙黃陶。胎體適中，密度適中，污染物為油漬（圖43）。用0.1MPa干冰清洗機(jī)壓力清洗時，可清洗掉表層灰土。當(dāng)干冰清洗機(jī)壓力增至0.2MPa時，可洗掉油漬（圖44）。

陶標(biāo)20，橙黃陶。胎體薄，密度高，污染物為沉積膜（圖45）。用0.1MPa干冰清洗機(jī)壓力時，可清洗表層灰土。當(dāng)壓力增至0.2MPa時，可洗掉沉積膜（圖46）。

陶標(biāo)21，灰陶。密度高，污染物為沉積膜（圖47）。用0.1MPa干冰清洗機(jī)壓力時，可清洗表層灰土;當(dāng)干冰清洗機(jī)壓力增至0.2MPa時，可洗掉沉積膜（圖48）。

6 實驗結(jié)果分析

科研結(jié)果表明，干冰清洗技術(shù)在一定壓力、一定劑量和一定時間內(nèi)對陶器標(biāo)本表面上附著的泥土、可溶鹽、霉菌、沉積膜等效果顯著，未對陶器表面造成損害。一般情況下，干冰的輸出量越大，清洗效果越好。但一旦加大干冰清洗機(jī)壓力或者加大干冰劑量及時間，就會不同程度造成彩陶表面紋飾和表層損傷，干冰清洗技術(shù)的應(yīng)用能力與清洗效果仍有很大的提升空間。

經(jīng)過實驗，我們建議，在干冰清洗文物的實驗中，器物的硬度不同，彩料的脆弱程度不同，燒造工藝成熟度不同，胎質(zhì)結(jié)合縝密度不同，釉面厚度不同等，都可能影響清洗效果?，F(xiàn)在的干冰清洗機(jī)體積越做越小，但干冰輸出率和干冰顆粒還太大，效果還不太理想。若能改進(jìn)工藝，提高干冰清洗機(jī)技術(shù)，相信能廣泛應(yīng)用于文物修復(fù)事業(yè)。