《修复化学》之一课件

修复化学余辉2014.4.21第一讲 绪论文物修复中化学知识的重要性与应用提出问题，解决问题第一节 文物修复化学基础文物修复文物修复是在充分认知文物的基础上，科学设计最佳修复方案，并成功付诸实施的全过程。化学化学是研究物质的组成、结构、性质以及变化规律的科学。基础科技视野、知识结构和实验技能。一、文物修复的完整过程认知文物设计方案付诸实施历史价值的认知保存状况的认知材料质地的认知艺术价值的认知目的：保护文物和实现文物价值遵守三大原则必须经过验证准备工作技艺精湛知识储备人身安全规范记录历史价值的认知识别重要历史文物-区别对待识别历史烙印部分-重点保护重点保护包括加固、封闭、更新、存档(取样、复制)等措施修复后对重要历史烙印部分不允许有任何遮盖或损伤封闭保护保存状况的认知肉眼、触摸、工具/仪器无损观测掌握同类文物制作工艺和老化机制的资料已残损区域和结构弱点区分急需、必需和可避免修复的区域 材料质地的认知熟悉文物的化学组成和物理结构的资料元素、分子组成、晶体结构、多级结构检测文物的机械和(耐)化学性质硬度、应变强度、光学性质、化学反应活性、耐酸碱性、耐溶剂性金属材质变化的微观观察油墨的印刷网点艺术价值的认知器形(工艺限制、最小介入)色泽(反白vs银釉、青中带白:茶经邢瓷vs越瓷)缺陷(开片vs气泡)历史沉淀(老坑、除锈)鉴识真伪的重点方案设计明确目的保护文物第一任何可能加速文物老化破损甚至损坏文物本体的方案都不会是最佳方案 选用的修复材料以兼具修复和保护功能的为佳 实现文物价值酌情考虑考古、博物馆陈列或者商业流通的需要 文物修复，重在保护修复理念三大原则：可识别(原真性)最小介入(最小干预)可逆性与可再处理性修复应与保护相结合，重在预防和控制原真性文物修复的原真性：注重保持文物的原状，缺失部分的修补要与原作有区别并相协调。保持原真性的程度不同，可分为：考古修复保留修复痕迹，不做任何遮盖陈列修复陈列需要，远观或正面修复完整美术修复完全修复，天衣无缝，破坏原真性考古修复考古修复：汉考古修复：汉陶甑陶甑陈列修复台湾高山族陶罐台湾高山族陶罐美术修复清光绪清光绪素三彩云龙纹盘素三彩云龙纹盘最小介入尽可能减少干预，凡是近期没有重大危险的部分，除日常保养以外不应进行更多的干预，必须干预时，附加的手段只用在最必要的部分，并减少到最低限度。采用的保护措施，应以延续现状，缓解损伤为主要目标（中国文物古迹保护准则）湖北当阳宋代铁塔保护处理的教训：九十年代在铁塔纠偏时，对铁塔表面作了防锈缓蚀处理，现在铁塔的腐蚀反而有所加剧。日本高松冢古坟壁画原地保护的教训贯彻最小干预原则需要技术支撑。发掘初期近年霉变情况可逆性对文物的保护修复处理应做到具有可逆性，即在该处理被认为不合适或有更好方法予以取代时，可以将原处理加以去除，恢复原状。定陵出土丝织品保护的教训：50年代出土后采用聚甲基丙烯酸甲脂涂料加固处理，老化发黄变脆无法去除。必须经过验证“摸黑”尝试，是冒风险和不负责任，风险可能来自于：修复过程中物理损伤和化学反应修复环境和收藏陈列环境中的加速老化修复材料与文物本体的物理和化学上的不相容验证方法已充分了解、整理的传统修复工艺经验经历了历史长河考验是最可靠的已成功实施的修复实践案例可以完整复制熟悉相关材料学知识和资料，借鉴前两者，理性设计方案可以规避大多数风险若存疑，必须采取验证性实验制备相似样品，实施设计方案，意外即意料之外准备工作场地：工作室、现场，环境防尘/光照/温度/湿度/空气污染/避火防爆工具：机械喷涂/加工/打磨，真空/冷冻/搅拌/熏蒸设备，试剂配制/存放器皿，显微观测，仪器检测，固定装置材料：清洗试剂，加固材料，配补/装裱材料，作色材料，封闭保护试剂等技艺精湛100%成功=99%汗水+1%灵感艺术家vs一线修复人员、科技支援人员知识储备熟悉方案，掌握实施过程中的物理化学变化过程应对意外，处理个体案例的特殊性和挽救修复失误人身安全任何物质都有阈值，过量累积进入人体会对人的健康造成损害，甚至是不可修复的明确了解所用化学试剂（溶剂/稀释剂）的挥发性和生物毒性大多数挥发性有机试剂易燃易爆，警惕燃点无机强酸强碱易灼伤皮肤，熟悉使用和意外处理方法规范记录为后续修复工作和再处理，以及评估修复实践的成功性提供可能所使用的化学试剂种类、用量、顺序、部位、施工方法都应明确记录修复过程中所观测得到物理化学变化现象，应规范明白无误的记录，包括色/光泽变化、气体逸出或沉淀现象、硬度变化等实施过程中的不完善之处，设计方案实施过程中的改动及原因，出现的意外情况及应对措施都必须详细记录修复记录各国协会的行动指导都强调了记录的重要性，要求对文物的检查、修复工作都要有相应的文字和图像记录：“修复记录应该包括修复日期，介入行为和所用材料（组分）的描述，观察结果以及在修复期间显示出的文化遗产的结构、材料、状况或者相关历史的细节。从这些记录中，以修复报告的形式完成一份摘要。文物保护人员应该将这份报告提供给文物所有人，并且强调将这份报告作为文化遗产历史的一部分加以保存的重要性。”二、文物修复理念的争议在中西方交流中发现的修复理念冲突，包括：修复前充分严谨的分析检测与修复成本的冲突修复前的方案制定、修复中记录、修复后报告的规范与实际修复人员素质和人力紧张的冲突“作色”对“修复如旧”vs”修复如新”理念的拷问书画装裱中胶矾的用量及可替代性壁画揭取保护与原地保护的冲突未来的文物修复各类文物修复标准的划定，科学的专业划分，特别是科学的整理定义术语、符号、计量单位、分类等标准。传统文物修复技术的总结及发展新科技新材料的探索应用大学学历教育提供知识视野和储备材料的分类高分子材料（Polymer Material）（包括树脂、橡胶、塑料、天然纤维和合成纤维等）无机非金属（inorganic nonmetallic materials）（包括陶瓷材料，半导体材料等）金属（metal）（一般分为铁基金属（黑色金属），非铁基金属（有色金属）复合材料（Composite materials）（由两种或者更多种材料以恰当的组合方式构成。一般会以一种材料做基体，另一种材料做为增强体。）化学的分类无机化学元素化学、配位化学、核化学等有机化学物理化学分析化学高分子化学天然高分子化学、高分子合成化学、高分子物理化学、高聚物应用等第二节 专题选讲环氧树脂的应用色料中的化学元素陶瓷原料中的化学组成造纸工艺中的化学变化油画清洗剂的选择木质品保护、青铜器焊接、玉沁等一、环氧树脂的应用环氧树脂作为粘结剂的优点：粘结效果好(抗拉强度980-2100公斤/平方厘米)寿命长(实验证明，至少20年)毒害小廉价环氧树脂作为修复材料的缺点：易变色可逆性差使用说明书合众AAA 全透明超能胶，独有密制配方，属国内最新开发的高科技新产品，其主要原料均由国外进口，固化速度快，胶体透明无色，且富有弹性粘结强度：钢-钢 1018 Mpa 铝-铝 814 Mpa玻璃，瓷器，水泥制品，粘结表面拉损仍不脱胶用法：4.常温1小时凝胶，24小时后可交付使用，（若要加快固化速度，可适当加热，通常在60下15分钟凝胶，4小时达高强度）环氧树脂的分类环氧树脂分为缩水甘油醚型(包括双酚A)、缩水甘油芳环型、线性脂肪族、脂环族固化剂分为脂肪族伯胺/仲胺及其衍生物(包括脂肪族聚酰胺)、改进脂肪胺类、芳香族胺类、有机酸酐类、催化型固化剂等。填料的作用填料名称所起作用石棉、玻璃纤维、铝粉、硅粉提高机械性能石棉纤维、硼纤维提高比强度(模量)铝粉、硅粉、石英粉、碳酸钙、滑石粉降低收缩率及热膨胀效应石棉、云母、硅粉、滑石粉提高耐热性金属粉末、石英、铝粉提高导热性二氧化钛(钛白粉)提高耐燃性胶体二氧化硅、粘土提高触变性硅偶联剂、滑石粉增加粘附性二、色料中的化学元素色料(pigment)、颜料、染料(dye)含有某些元素的某种化合价态的物料能呈现出不同的色彩颗粒(粒径)大小影响呈色和着色力、遮盖力。当颜料粒径大小接近光波长一半时，颜料的散射能力最大。常见油画颜料的元素组成白色：铅白(碳酸铅)、锌白(氧化锌)、钛白(二氧化钛)黄色：铬黄(中性铬酸铅)、镉黄(硫化镉)、土黄(天然的含铁化合物)、藤黄(植物提取)等红色：朱砂(硫化汞，忌铜)，镉红(硫酸镉和镉的硒化物)，土红(氧化铁)，西洋红即胭脂红，玫瑰红即茜素红，永固红等蓝绿色：群青(Na6Al4Si6S4O20 vs Na6Al4Si6S4H20),钴蓝(氧化钴)，普(鲁士)蓝又称巴黎蓝(铁和氰的化合物)，青莲(砷酸盐)，钴绿(CoOAl2O3)中国画颜色的研究矿物质颜料赤色：甲 朱砂，又叫辰砂，属于辉闪矿类。主要成分是硫化汞乙 朱标，将朱砂研细，兑入清胶水，浮在上面比黄丹更红些的叫朱标。丙 银朱，又叫紫粉霜。丁 赭石，又叫土朱，有火成的，有水成的。入画的赭石，是出在赤铁矿中的。戌 黄丹又叫漳丹，把制作铅粉剩下的铅，再炒一下，即成黄丹。三、陶瓷原料中的化学组成瓷石(制坯用硬质瓷石，釉石=软质瓷石)釉灰（制釉的助熔剂）主要成分为粉末状的碳酸钙：石灰石煅烧成生石灰，生石灰受水成熟石灰，熟石灰陈腐三月值得釉灰。请写出各步骤所得产物的化学组成及化学反应式。陈腐的作用是什么？陈腐加尿沤为何能防止“作浓”？产地SiO2Al2O3Fe2O3TiO2MnOCaOMgOK2ONa2O南港75.86 15.25 0.720.090.011.360.262.940.27其他原料的化学组成高岭土宋元以来，制坯用料配方添入高岭土形成二元配方，提高了烧成温度改善物理性能，降低成本。高岭石化学组成：Al2O32SiO22H2O计算高岭石中Al2O3和SiO2的重量百分比，并与瓷土对比其他用料铅晶料、锡晶料-熔剂/乳化剂紫金土(Fe/Ti)乌金土(Fe/Ti/Mn)-高温色釉珠明料 叫珠子-青花青料 氧化钴(苏麻离青Smalt)影青、粉青vs青花、墨青四、纸本文物造纸原料：树皮、麻、破布和旧鱼网，宋元时期又增加了竹子、稻草、麦杆等植物纤维，基本上可分为:韧皮纤维(纤维素含量60%83%，纤维长120180毫米，长宽比9501230倍，坚韧，皮/棉纸)茎纤维(如嫩竹、稻草，纤维素含量2460%之间，长宽比100200倍，竹纸)种毛纤维(如棉花，纤维素含量大于90%，长宽比1250倍，特纯，废棉亦可造纸，新棉可制现代高档纸如纸币)宣纸 用檀树皮、稻草为原料制成的手工纸，属皮棉纸类，出产于安徽宣州而得名。分棉料，净皮、特净三档，实际指檀皮含量比例。纸张的主要化学组成纤维素纤维素的简称，是碳(C)、氢(H)、氧(0)的化合物，它是由许多个D-葡萄糖基，相互以-葡萄糖键联接而成长链状的纤维素大分子。其分子式为(C6H10O5)n，式中n为葡萄糖基数目，称为聚合度。化学性质与半纤维素和木质素相比还是比较稳定的，所以古代手工纸保存时间长。半纤维素多聚糖分子的混合物，水解时能分离出木糖和半乳糖。纤维素为线性单一多聚糖，而半纤维素含有短侧链的多聚糖。适量半纤维素，不仅能缩短打浆时间，而且能增加纸的强度。但太多反而影响纸张的寿命。木质素芳香族，单体是苯基丙烷，含有各种官能团，其化学性质比较活泼，是造成新闻纸泛黄的主要原因。在光照、高温和碱存在下，氧化迅速。不溶于溶剂，质地脆弱，在高温下能溶解。造纸工艺造纸工艺蒸煮与漂白三蒸三曝清人莫兴三造纸说:曝已复渍，渍已复曝，如是者三，则黄者转为白矣。其渍也必以桐子灰，黄荆木灰，非是则不白。漂白日光漂白，氧化天然色素或其他易被氧化物质，利用桐子灰、黄荆木灰和草木灰的水溶液，溶出被氧化的物质。去色，增耐久。蒸煮脱色素，脱污质、蜡质、松解原料中残留的胶质及其它填充物，脱酸。打浆、上胶、加填料打浆使纤维横向切断变短，纵向分裂变细；使纤维水化膨胀呈胶性；使纤维两端帚化发毛，增加纤维交结能力，提高纸张的坚牢度。上胶(生宣/半熟宣/熟宣)降低吸湿性。常用松香作为胶料，用明矾作为沉淀剂。但明矾带入酸性，使纸张的张力以及耐久性大大地降低。加填料填满纸张的孔隙，使纸面均匀，光滑平整，使纸张增加弹性和柔软。但填料（石膏、滑石粉、高岭土等）都是亲水性的物质，容易降低施胶度，导致灰份增高，不仅降低了纤维的机械粘着力和磨擦力，而且降低了纸张的强度。五、油画清洗剂的选择分散体系（溶液、溶剂）清洗剂(溶剂)的作用机制常见清洗剂选择标准-溶解度参数六、其他古建筑与木质文物的化学防腐和加固青铜器的焊接剂玉沁的形成第三节 能力训练科学计数法与单位换算统计学基础与误差分析图表方式直观表达数据读题破题灵活应用公式信息检索：参考书、数据库科学计数法C=A*10B=A*10*10 *10 共B个“*10”B必定是整数，若为负数代表*0.1A一般为(-10,-1&1,10)的数，小数点后的数位长度+1，即为有效位数，也叫有效数字。如3.141*102，1.70*10-2试计算从今天到毕业的分钟数，用科学计数法表示，并保留3位有效数字。lg 或者 log10 为以10为底的对数，即lgC=lg(A*10B)=lgA+B*lg10=lgA+B 碳十四断年。假设大气中的碳十四丰度为(C0=)1/1012，一骨质文物中的碳十四丰度为(C=)1/1015，碳元素的半衰期为5730年(t1/2)。问骨质文物可能是多少年(t)前的？(其中，公式为 t=t1/2*(lgC0-lgC)/lg2)单位换算国际单位制(SI)：米，秒，米/秒，牛顿，平方米，帕斯卡，摩尔，焦耳等等已知气体摩尔体积22.4L/mol。氧气分子量32g/mol。问1升氧气大约多重？1勒克斯(Lux)=1流明(Lum or lm)光通量在1平方米面积上的照度，已知实验测得紫外线比例为a=10微瓦/厘米2，光照度E=700勒克斯，问紫外线比例是否符合纸类文物保护的要求(75微瓦/流明)？环氧树脂的抗拉伸强度 9802100公斤/平方厘米（1公斤力=9.8牛顿），要求与说明书上金属间的粘结强度818 Mpa作比较，并估计原因。统计统计学的目的与作用用数字说话统计学的名词样本，平均值，误差，正态分布课堂实例统计本讲对以下知识的熟悉程度（A:能听懂并能提出自己的问题，B:听不懂但能较准确的表达自己的问题，C:听不懂也提不出问题）环氧树脂、造纸工艺、元素组成兴趣实践统计上海市区及近郊区级博物馆、拍卖行、文物商店、私人收藏家对文物修复的需求。图表方式表达数据列表读图作图线性拟合破题分析已知条件套用公式图表分析误差分析拓展应用信息检索网络搜索：维基百科、百度百科等提问：文物类、材料类论坛主题网站：文物(博物馆)机构官网，文物类、胶黏剂、清洗剂、颜料、树脂材料等主题网站，专家博客、著名工作室的网站网上数据库：文献(读秀知识库读秀知识库，万方论文数据库万方论文数据库)，物化性质数据库，溶剂数据库，材料性能数据库等视频节目：央视四套国宝档案等推荐：AATA:http:/aata.getty.edu/HomeJAIC:http:/cool.conservation-us.org/coolaic/jaic/tocvol.htmlCCI:http:/www.cci-icc.gc.ca/CSS:http:/ and Restoration of Works of Art and Antiquities书画类东亚纸质文物保护、纸质文物的修复与保护，纤维化学与物理油画类油画修复原理与应用，油画修复基础、油画保全研究与修复技术应用实例陶瓷类古陶瓷修复技艺、古陶瓷修复、景德镇陶瓷传统工艺、中国名瓷工艺基础、陶瓷工艺学、Repairing Pottery&Porcelain-A Practical Guide颜料类中国画颜色的研究，实用着色与配色技术、Artists Pigments其他古建筑与木质文物维护指南、玩玉辨真伪-说沁、宝石学教程