唐代帝陵

                                            
　　一、引 言
　　艺术品老化一个重要因素是聚合物之间化学键发生了断裂。秦俑博物馆的彩绘陶俑就是其中典型的例子。由于秦兵马俑彩绘层次比较特殊：在陶质基体上附着生漆层，生漆层之上有无机颜料层，正是生漆层底层因老化失去粘结力从陶俑基体表面起翘、分离而造成颜料脱落。在经历了2200余年深埋在地下的漫长岁月后，生漆层已经变得非常脆弱，以致于当相对湿度低于84％，它就会与陶质基体分离。在目前秦俑二号坑出上的陶俑残片上就发生这种情况。因此彩绘陶俑的保护与修复是一个历史性难题。
　　如何获得有效而实用的加固呢?经过长期的努力，我们成功地找到了两种加固秦兵马俑彩绘层的方法，一种是使用PEG200十聚氨酯乳液对生漆层及颜料层进行加固，另一种是通过电子束照射陶俑表面，把渗透到陶俑彩绘层表面和深层的聚合物单体在高能粒子束的引发下实现交联聚合而形成加固。这是一种全新加固方法，在此我们着重介绍第二种方法。
　　二、方法与实验
　　一般来说，电子束通过物质时会与物质发生相互作用，即散射、电离、辐射、吸收等过程。秦俑彩绘层的电子束照射加固法，是利用电子加速器所产生的高能电子束引发一般在常温常压下难以进行的化学反应。在加速器内形成粒子流，引发单体中的自由基进行交联聚合。
　　多次测试后，选择2—羟乙基丙烯酸甲酯(HEMA)作为单体进行照射。由于纯HEMA不如PLEX6803—1试剂那样容易聚合(PELX6803—1试剂中已有一定比例的交联聚合)，且PELX6803—1是一种可容易获得的商品，因此实际最终选择PELX6803—1试剂作为单体进行电子束加固。
　　首先进行实验预处理——电子束照射前的单体渗透。清理待加固的陶俑清除附着彩绘层表面的土壤、炭迹以及其它污染杂物。之后在表面喷洒适量蒸馏水，使微弱粘附于陶片上的生漆层和已起翘硬化的生漆层软化、平整。接着在陶俑表面覆盖一层吸水性很强的柔软织物，该织物事先已经在单体溶液中浸泡过。第一天单体溶液浓度为33％，第二天递增为66％，直到第三天浓度为100％。因单体溶液渗透性很好，可与水任意混合。陶片又极易吸收水分，就可使单体溶液进入到整个陶片以及彩绘层中，为实施电子束照射提供了物质基础。依据陶片大小及单体溶液的浓度，其最深可渗透到陶片表面以下2—3厘米。
　　预处理之后，将陶片放入控制箱，其表面仍放着一层柔软织物，使单体溶液充分渗透，有足够的时间进入陶片，为电子束加固作好准备。
　　然后开始引发聚合反应。该技术在国内尚属空白，无经验可循。从文献资料上也难以查询到相关信息，在文物保护领域，利用电子束照射陶俑表面进行加固尚无先例，既不能按照以往的热辐射引发聚合反应，也不能根据光聚合反应来进行。况且不同的照射剂量可能导致颜料层颜色加深。X射线波长较长，能量小，穿透性不强，因此其辐射出的光子引发聚合，不能够被很薄的生漆层和陶俑基体表面完全有效地吸收；同样使用UV照射时，聚合作用仅仅局限于生漆层外表面，故而加固效果不甚理想。
　　因此我们通过一种特殊的电子束——r射线照射引发剂进行单体聚合，以期达到有效加固秦俑生漆层的目的。此电子束辐射渗入生漆层的单体时，就会在含有单体的生漆层表面与陶俑基体表面发生聚合反应，从而完成聚合交联。当电子束辐射停止之后，放射性不会继续残留在放射物内部。当然在此过程中依然存在有强烈的X射线辐射，所以应该采取措施完全屏蔽。
　　选择出理想的单体溶液，并找到适宜的电子照射源，在实验中摸索最佳照射条件。电子照射的剂量非常重要，由于一步照射达到此剂量与几步照射迭加达到此剂量，其结果明显不同；另外，加速电压、电流等值的影响，同样不可忽视。因此先采用复制秦俑陶片进行模拟实验，选择出适当的照射加固条件。在此基础上选择较为理想的剂量实际应用在对彩绘陶片照射加固中。
　　实验中，监视探测器与计算机相联结，这样即可设置照射条件：电子加速器内辐射能量在0.6—1．5MeV中变化，电流为0--25mA，照射剂量为0——300KGy，电子辐射聚焦和扫描底层。取走浸敷有单体溶液的柔软织物，将待加固的彩绘陶片样品放入1X1米的铝盒中，随着机械运动而将样品送入电子扫描板上，这一切可以通过计算机来进行设置，并在可视监控器的观察下实施操作。实验中吸收剂量从10kgy到100Kgy不连续分布，总的吸收剂量等于各个分步吸收剂量之和。由于吸收剂量决定辐射能够渗透底层深度，通常1MeV能量能够在密度为1的水中渗透5毫米，在1．6毫米处形成最大强度。由于单体溶液的密度接近于1，单生漆层的厚度约为0．03—0．05毫米，单颜料层(如粉红色的脸、头、手、足部等)厚度一般也仅为0，09—0．20毫米，根据秦俑彩绘层次结构，最多为双有机底层(生漆层)十双颜料层，基本上可认为，彩绘层厚度不会超过1毫米。这一切有力地说明：电子束照射可使秦俑彩绘层完全得到加固，并可适当加固秦俑陶片彩绘层以下3—4毫米。
　　另外，电子束引发聚合时，由于空气中的氧气分子抑制聚合反应，所以通常必须把氧气完全隔绝。可填充进入惰性气体——氩气，使抑制聚合反应的可能性最小。实验中测得：在氩气氛围中，辐射加固PELX6803—1试剂所需要的剂量仅仅需要10KGy到50KGy，更容易实现单体的交联聚合。
　　在西北核技术研究所，对二号坑出土的数块彩绘陶片按此方法及实验条件进行加固，效果令人满意(表一，电子束加固的秦俑陶片)。迄今为止，使用PLEX6803—1试剂电子束照射加固获得了最佳效果。聚合物可含40％的水，以水汽形式向外挥发，透过聚合物薄膜与外界进行交换。与完全封闭、不透气的表面薄膜相比，可避免形成水气泡，使加固表面自然。表面上未参与聚合的单体，几天后会挥发消失，再无任何痕迹。加固后的陶俑放在室温环境中两年多，表面并没有出现光泽，彩绘层颜色鲜艳如初，生漆层、颜料层也再无起翘、脱落现象，且干燥、自然。
　　采用1MeV 2.0 mAlX60KGY实施于秦俑彩绘陶片，最终既成功加固了生漆底层，又加固了颜料层。在对处理过的陶片检测后，颜料的色调并未改变。傅立叶红外光谱分析证明：300KGy剂量对生漆底层而言不会损坏其内部结构。当然此剂量已经远远高于实验中所采用的照射剂量。另外，电子辐射中所产生的放射生物学影响和轫致放射影响，会对生漆层和颜料层起保护作用，防止生漆层遭受霉菌侵蚀。显微镜下观察发现：在陶俑和生漆层之间没有出现明显的中间层——PLEX层。在显微镜下放大可看出有一道细的黑线痕分隔开两层生漆层，深色表面的—上层与下表面生漆层形成了大的孔洞，孔隙中填充了已经聚合的PLEX，使生漆层与陶俑表面紧密连接。同时根据扫描电镜(SEM)进一步调查表明：PLEX渗透进入生漆层的孔隙几乎都为0.lum，渗透进入陶片中的孔隙也为0.lum。这有力地说明PLEX经过聚合均匀填充到生漆层与陶片的孔隙中，形成了聚合交联网状结构，达到了稳定持久的动态平衡的状态。
　　电子束照射加固秦俑彩绘获得成功，使我们想到同样是彩绘艺术品的壁画。是否可以将这一先进技术方法引入墓葬壁画颜料层的加固中呢?下文就对此作一探讨。
　　三、壁画颜料层与秦俑彩绘层
　　从我国古代壁画起源，其制作工艺在不断继承发展之中。根据目前考古资料，最晚在新石器时代，已经开始了壁画绘制。距今5000年左右的甘肃大地湾新石器时代遗址中，发现了原始时代的壁画。在1979年发掘陕西扶风杨家堡4号西周墓时，发现了墓室壁画。而1957年出土于洛阳小屯的战国壁画，被认为是最早的墓道壁画，在墓道两侧边壁的白灰面上，残存着红黄黑白四色壁画。这可作为实物研究壁画制作工艺的起源。陕西咸阳秦都遗址中出土的400余块秦代壁画残片，在土坯墙上涂刷一层厚约0.5厘米的细泥，内掺草灰，上抹一层很薄的白灰，，然后在上面作画。河北望都汉墓和云南昭通东晋墓葬壁画，都是墙上只抹1—2厘米厚的白灰，不用其它掺合材料。山东梁山汉墓壁画，墙上仅仅先抹黄土，然后在上面再施一层薄薄的白灰。河北安平汉墓壁画，墙上仅仅抹0.1—0.3厘米厚的白灰，就在上面绘画了。陕西唐代永泰公主墓壁画，一般是底层抹草泥一层，厚0.8—1厘米，上抹素白灰一层厚0．2～0．5厘米。秸杆纤维的粘土层(草拌泥)，厚度约为0.8—1厘米，再往其上抹素白灰一层厚0.2—0.5，然后在其上绘画。
　　这说明古代壁画，一般以麦秸泥土作地仗，然后将其尽可能捶紧压平，但由于壁子粗糙，时间长了容易脱落，后来在第二层加细泥麻筋，再刷以石灰胶混合物，上面以砂泥铺盖，晾干压平，刷以掺有轻胶水或豆腐浆的白垩上，然后轻刷矾水两、三遍后应用。简而言之，先在石壁或砖土、墙上抹层黄土草泥层、细泥掺砂(或掺入麻刀、棉花)层，作为壁画的底层——地仗层。古代文献《汉宫典职》曾这样记载：“尚书奏事于明光殿，省中皆以胡粉涂壁，紫青界之，画古烈士，重行书赞”。由此可见壁画制作绘画过程：先在墙壁上抹泥粉壁，用紫青色线条画出边线、格子，然后再绘出古代英雄烈士，分题写赞语。而彩绘秦俑制作工艺过程则为：首先用腻子对陶俑基体表面进行光洁处理，这一工序具有部分性。因为大多数陶俑出窑后，表面细腻光滑，只有少数表面凹凸不平时，才用腻子打平，这种腻子多为粘土性矿物，其成分为石英、长石、方解石等。然后在陶俑表面涂刷1～2层生漆作为有机底层。第三步，进行颜料施彩，用稀胶水调和均匀，平涂于生漆层之上。在某些部位，为表现出色调变化，则需要两层不同的颜料层。第四步，对细部进行刻意描画处理，如眉毛、胡须、瞳孔等细部。
　　比较而言唐墓壁画虽然地仗层也是无机质粘土，由草、泥灰、砂子等粘土组成，未经过烧制，故其材质比较脆弱；但两者颜料层都是由胶质及各种颜料组成。多数粉末颜料只有同媒剂颗粒均匀混合才能固着于施彩物质的表面，使其表面滑涩适宜便于着色，秦俑颜料层如此，壁画亦如此。秦俑彩绘颜料调和时以及唐墓壁画颜料固定时都必须混合某种胶。日本奈良文化财研究所和陕西历史博物馆对唐墓壁画颜料调和剂的分析报告中认为：颜料中的胶质是动物胶，如牛皮胶，骨胶等。在秦俑彩绘层中，由于调和剂已经分解并流失，加之生漆底层的影响，颜料调和剂分析尚无具体结果，但是可以得出动物胶和植物胶存在的初步结论。更为重要的是古代壁画中常用的颜料，其物质成分分析采用X—射线粉末衍射法和发射光谱分析法进行，现已明确颜料的成分与秦俑彩绘颜料几乎完全相同。仅以唐墓壁画颜料为例，可参见表二。
　　可见两者在颜料种类选取上基本类同，多为无机矿物颜料。在主要显色的颜料中，如红色、兰色、绿色、白色、黄色等全部与秦俑彩绘相同。除秦俑彩绘中紫色硅酸铜钡颜料外，其他颜料在古代绘画中普遍使用，其中铅白和铅丹被认为是用化学方法制造的。
　　以上说明，两者在颜料、调和剂上的相似相通性为其加固提供了源泉。秦俑出土后，彩绘难以完全保存主要是由于老化的生漆底层在失水干燥过程中发生严重收缩，继而破裂、起翘或卷曲造成的，其次则是由于原有的颜料调和剂老化或流失，颜料层结构变得松散，干燥时易于碎化、剥落。唐墓壁画因为结构特殊，材质疏松、颜料极易脱落褪变，因此保护难度较大。无论陶俑上的彩绘还是壁画上的颜料，当其已经剥落、粉化或即将剥落、粉化时，需要进行加固。传统的壁画颜料保护方法是选取聚合物加固剂，如聚乙烯醇、聚乙酸乙酯乳液、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇缩丁醛等进行表面喷涂或是轻轻刷抹，一般使用的固定剂浓度为2％一5％，溶液浓度太稀起不到加固作用，而太浓则会在表面形成一层发亮的薄膜，影响了壁画的外观。这些聚合物也可通过照射单体发生交联聚合，且仅仅作为秦俑彩绘颜料的加固我们也曾借鉴过壁画加固剂。
　　由于两者都为彩绘类艺术品，为保证有效加固，加固剂必须具备以下条件：1，加固材料应该具有优良的水溶性，粘度小，渗透性良好；2．加固材料要求无色透明，无毒、无臭、不易燃、不易爆，吸湿性低，耐老化、有良好的化学稳定性；3．要求对被加固的文物无损害，被加固后色泽、形状、厚度以及重量等最好要求没有明显地改变；4．加固后使文物最好对微生物、虫害以及紫外线等具有一定的抵抗力。随着秦俑彩绘在此方法上的成功，为电子束照射加固壁画传达了借鉴性。
　　四、电子束照射加固在壁画应用上的可行性
　　秦俑彩绘层与唐墓壁画在制作工艺、加固试剂选择上既有相似性，又有特异性。虽然两者彩绘层附着的材质物理化学性质不同，对其保护的要求和程度也不同。然而应用电子束照射加固文物，特别适宜于那些表面层和接近表面层(不是非常深层的加固)文物的加固和保护，这是两者在彩绘保护上的共性。加之以上对两者材质(均为无机质)、颜料成分(均属无机矿物类颜料)、颜料调和剂(天然胶质)、加固剂等方面的比较分析，使我们试图将两者在颜料层保护上融会贯通，以期达到此为彼用之效果。
　　从电子束照射加固秦俑彩绘层获得成功，给我们在壁画颜料保护上提供了新思路。而通过以上的分析，又给出借鉴此方法的可行性。且彩绘类艺术品应用电子束加固优点很多：高能电子能够杀死微生物，免受霉菌侵害，同时单体聚合构成了交联结构，使文物内部结构稳定，可以保存得更为持久。这说明电子束照射在文物保护上很有价值。从文物保护工作的角度来讲，运用电子束照射这一科学方法，首先需要对物品多加考虑，并应该尽可能降低照射剂量，最大可能地选择相似的加固试剂作为单体引发反应。由于国外专家已经在文物保护中应用了此项技术，在对木质物件(木雕)、漆器、丝织品、石器、石膏像等物品进行文物保护修复工作，为电子束照射加固壁画可行性提供了现实依据。
　　对于唐墓壁画颜料层，加固前也同样进行预处理。将壁画上面的灰尘先用软毛刷扫除，如果颜料对水不很敏感，可用棉签蘸水轻轻揩擦。如果壁画表面有盐分粉化现象，轻轻扫除表面盐分，随之用水洗涤。然后选择合适的单体渗透，进行模拟实验，从中摸索适宜的照射加固条件。
　　当然，以上仅为此方法在壁画使用上的探讨，实际应用起来千差万别。如果条件许可，最好先进行模拟实验或耐老化实验，以对此进行专门的科学测试。另外，采用电子照射加固后，必须对其进行长期的观察，特别是加固剂以及彩绘类艺术品本身。
　　五、结 语
　　我国是世界上唯一历史连绵不断、文明常胜不衰的古国，祖先留给我们无数的珍贵文物，其古代壁画以及彩绘艺术品更是闻名世界。可以预见，选用理想的单体溶液，在适宜的照射条件下，将电子束加固技术应用在这些珍贵文物上，将为文物保存提供更为可靠理想的方法。
　　此文尝试将成功应用在秦俑彩绘加固中的方法——电子束加固法，引入古代墓葬壁画颜料的加固，鉴于才疏学浅，还请方家不吝赐教。
　　在此特别感谢德国慕尼黑科技大学化学博士英郭·罗格纳先生的大力支持和帮助!
　　参考文献：
　　1.张志军：《秦始皇兵马俑文物保护研究》
　　2.王仁波、单玮、贺梓诚《陕西唐墓壁画研究》，《文博》1984年第1--2期。
　　3.张建林、刘阿妮《关中唐墓壁画残片分析》，《文博》2001年第3期。
　　4.谢伟：《唐墓壁画保护的若干问题》，《陕西历史博物馆馆刊》第五辑，西北大学出版社，1998年。
　　容波 党小娟 秦始皇兵马俑博物馆 西安文物保护修复中心
　　

唐墓壁画国际学术研讨会论文集/陕西历史博物馆编.--西安：三秦出版社，2006.10

唐墓壁画国际学术研讨会论文集/陕西历史博物馆编.--西安：三秦出版社，2006.10