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湿度与温度对木材质文物的影响研究
浏览次数:45 日期:2017-11-18
  许多研究成果揭示了相对湿度对木材造成的影响[21 -23],而针对博物馆藏品的研究[24 -26]则历时不久。当暴露于较高相对湿度环境中时,木器体积会增大,而当露于相对湿度较低的环境中时,则会产产生相反的结果。后一种变化发生的速率更慢一,被称作“滞后作用[27]这在很多有机物(例如木材、羊毛、丝绸、羽毛和角等)材料中表现得很典型。在特殊环境下,小材发生膨胀和收缩的程度有赖于诸多因素,例如木材种类、木材先前所处的环境条件、砍伐方式及其在树上的位置[28]。
  例如,一种固定的木质结构,如版画,由非吸湿性颜料和干性油组成的颜料层对相对湿度的变化反应不灵敏(石膏底层含有的动物胶或水溶性黏合剂可能在一定程度上使其对湿度的反应复杂化)。但是,画面下侧和边缘的木材则并非如此,吸收或释放湿气的结果使暴露部分在尺度方面产生更大变化,导致凸出或凹陷,发生变形。这种现象在彩绘木器、涂漆家具、漆器及其他器物上很常见。陈旧的绘画层很脆弱,不能适应类似变化而发生龟裂,最终会导致开裂和颜料脱落,如图2. 1所示。
  相对湿度与木材或其他吸湿材料吸收的湿气量之间有直接关系,称为平衡含水率(EMC),它是在特定相对湿度和温度下材料的特性值。平衡含水率是在饱和条件下的湿气含量,即恒定温度下所占物体干重的百分比,理解这个词中“平衡”的含义很重要。物体内部建立湿平衡很长时间后,才能确定平衡湿度值。例如,当一件大型木器在一种相对湿度环境中暴露不充分时,湿气可能来不及在其内部均匀地再分布,平衡含水率将随着样品的位置和深度而变化。任何时候,大型器物内的恒定平衡含水率可能要经过很长一段时间才能测得。
  当含水率最终平衡后(经过几周或更长时间),湿度将达到一定值,如果周围环境中相对湿度和温度也恒定,平衡含水率也会保持恒定。如果相对湿度改变,器物将释放或吸收湿气直至达到新的平衡含水率。不同材质的器物,其平衡含水率也不同,特别是纤维质或蛋白质复合材料。在一定温度下平衡含水率和相对湿度之间的相对关系称为等温线。图2.2中绘制的是对保护研究很重要的不同种类材料的等温线[23.29]例如:参照不同等温线,可以看到在20℃和50%相对湿度情况下,聚氨酯塑料或聚氨酯泡沫塑料的平衡含水率是1%,亚麻布是3%,木材是l0%。
  平衡含水率的测量:首先取一小部分材料样品,称重,然后在烤箱(大约200C)中加热直到除去全部水分,同时还要连续称重,之后根据干重百分比计算失去的水分含
量。很明显,我们不可能在珍贵艺术品或器物上取样,但是可以通过仪器[30]来估测平衡含水率。探针可用于木材和石膏,但需要仔细设定标准和校准方法。
  温度变化对平衡含水率的影响值得注意。图2.3显示的是先前提及的湿度敏感材料在相对湿度保持恒定的情况下,平衡含水率和温度之间的关系。因此.为了保持器物平衡含水率的稳定,例如以此保持其尺寸大小的稳定,则相对湿度和温度必须保持恒定。
  当一个物体已经被调节到相对湿度和温度恒定的固定平衡含水率时,它会随着温度升高或降低而变化,最终结果在某种程度上更难预料。当然,经过一段时间后,平衡含水率和相对湿度会达到新温度条件下的平衡。关于密封箱(展示箱或包装箱)内器物状况的理论性处理方法将在第8章和第9章中讨论。
  总的来说,将一个平衡含水率已知的器物密封在箱中,当箱内空气量很少时,我们会发现,膨胀作用的结果是箱内相对湿度会着温度的升高而升高,而温度降低后,相对湿度下降,这个现象可能令人惊讶,但是在理论上可以解释。
  当器物处于更大的空问中时,相对湿度将与温度的变化方向相反。在开放的陈列室或画廊,由于艺术品暴露于大量空气中,这种情形就更加典型。对湿度敏感的器物在固定的相对湿度条件下,随着温度的上升将失去更多水分(导致出现较低的平衡含水率),而且还会伴随出现扭曲性收缩或其他变化。器物在尺寸和整体形状发生显著变化之前,通常都有一个可估计的和延长的温度变化(5℃左右)。
  保护人员采用了大量方法使绘画或清漆工艺品保持稳定。如在暴露的木材表面覆盖水汽屏蔽层,或部分甚至全部除去木材而代之以对湿度反应迟钝或湿气不能渗透的材料[31,32]。又如在颜料出现裂缝的地方涂抹或注入一种水溶性附着物,重新保护底层和颜料层。
  实际上,开裂(龟裂缝)状态可能会比较稳定,而且一直保持其原貌而无须更多关注。
  应该严格监测开裂的长度和缝隙以防止其增大或剥落。只要存在这种潜在可能性,就需要严格控制环境。如果器物从一个相对湿度可控的环境运抵一个相对湿度完全不同的环境,会发生严重损伤,这样的器物就不应该搬运。震动和摇摆也可能造成破坏。由于这个原因,通常不允许搬运版画和彩绘雕塑,除非在严格控制的环境条件和无压力的情况下。
  素面木器同样对湿度敏感,但是保护方面的问题相对较少,除非它们像家具一样是由复合材料制成的。接缝和其他固定部件比较棘手。如果器物没有固定,相对湿度变化只会导致扭曲或尺寸变化,而不一定造成永久性损坏。
  据说随着木材的老化,其吸湿性会降低,但它仍会保持对相对湿度的总体敏感性[33]在考古发掘品或古代木器中这是一个需考虑的重要因素。吸水性的例子如图2.4所示。埃及早期的随葬盒在运抵美国和加拿大这两个环境更加湿润的国家后,发生了进一步扭曲变形。但是,在其经历了许多次旅行返回开罗后,又恢复了原来的形状[34]。
  由于过去的环境、收藏和处理方法的不同,人种学遗物、面具、雕刻作品和类似木器的物理状况也会各不相同。有些吸湿材料,它们中的某些结构相对稳定,例如黏土,而其他易脆的木材和精致结构则会对湿度变化产生反应。存入库房或展出之前对这些藏品进行处理很有必要,通常需要使用可控制小环境湿度的箱子。原始树皮绘画尤其易受相对湿度变化的影响。这给器物支撑部分的加固保护带来了更大压力。
  来源于考古湿地和潮湿环境的浸水木器需要特别处理,以阻止损毁和水分丧失过程中的永久性扭曲和变形。我们已经写了很多关于这方面的内容,重点应采用介入性技术以加固其脆弱结构,或多或少保持其膨胀的原始的形状[35-37]。
 
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