干冰清洗技术对陶器文物清洗的探索

摘 要：文物清洗是文物修复中的首要工作，现阶段清洗时使用的试剂如丙酮等有时会对人体与环境造成损害。因此，寻找新的清洗材料与清洗手段，对于文物修复者来说是非常重要的新课题，也对修复工作持续性发展具有非常重要的意义。文章通过干冰清洗技术在临夏州博物馆馆藏的各种污染物陶器标本的实验性运用，对其清洗效果进行试验和分析。

关键词：干冰清洗;陶器标本;实验

1 引言

各种陶器文物在保存时保存状况不一样，经过日积月累的放置，逐渐在文物表面上形成许多污垢，如油脂、霉菌，有的是难溶沉积物，也有的是经过修复的器物上的环氧树脂等较难去除的黏合剂。

现阶段清洗文物时使用的方法有两种：一种是物理清洗方法，另一种是化学清洗方法。其中物理清洗方法也可以分为两种：第一种是超声波清洗，效果比较好，但同时也会对器物表层产生划痕等损伤;第二种先用传统文物修复工具如毛刷、小锤子等把泥土、沉积膜处理掉，然后用水清洗，这种清洗方法对一些稳定性强的污染物效果一般。化学清洗方法是用化学试剂进行清洗，如丙酮等清洗剂。丙酮等化学品试剂，虽然效果还可以，但特点是毒性较高、挥发性强，对环境和修复工作者造成一定的伤害，不利于长久发展。如果用毒性较低的低浓度强氧化水等试剂清洗，效果一般。

随着现代科学的进步发展，干冰清洗技术成了清洗的新手段，如何将这个新技术应用在文物清洗领域中，是当今文物修复者的一个新课题。

2 干冰技术的发展和应用

干冰是二氧化碳的固态形式，在常温下是无色无味的气体，在空气中约含0.03%。干冰在常压下，固体直接升华，能使周边温度降至零下78℃左右，没有液化的过程，并且干冰颗粒的硬度一般。1823年，英国的法拉第和笛彼首次液化了二氧化碳。1834年，德国的奇络列研制出了固体二氧化碳。1925年，美国的干冰股份有限公司开始大量生产干冰。当时将制成的成品命名为干冰，干冰一词由此产生，其实它的正式名称叫作固体二氧化碳。干冰的主要优势在于能做到无损清洗。由于它的这个特点以及环境无污染性的优点，逐渐应用于各大工业类行业，如工业模具、电子工业、电力行业等。将干冰清洗技术应用于文物清洗，主要还是在文物建筑表面，对可移动文物清洗还没有开展具体工作。

3 干冰清洗技术的原理及优点

干冰清洗是利用压缩空气动能带动干冰清洗机里的干冰，通过专业设备将干冰和气体混合再通过管道和专业喷嘴喷射到物体表面，从而达到清除污渍的目的。干冰清洗的原理主要有三个：一是“能量转移”。干冰通过干冰清洗机在高压气流中加速，通过喷嘴冲击清洗物体表面，干冰颗粒与清洗表面发生极其快速的热转移，瞬间升华，所造成的冲击力可以破坏污垢层与物体之间的黏合力，同时吹走部分污迹。二是“低温龟裂”。不同热膨胀系数的两种不同材料，它们之间的温差会破坏两种材料间的结合。干冰粒（-78℃）冲击物体表面，使污垢冷冻至脆化及爆裂，产生“龟裂”，影响黏附污垢的机械性能，致使其脆性加大，两者之间的温差将造成互相剥离。三是“微爆炸”。干冰颗粒在常温常压下会迅速膨胀成气体，体积膨胀600～800倍，这样将在器物表面形成微型爆炸，将污垢剥离物体表面，此时需要适当调节干冰输出量，否则会影响清洗效果。干冰清洗过程，利用压缩空气作为动力，把干冰颗粒以超音速喷射至被清洗对象表面，但并非单依赖干冰颗粒的动能，而是利用干冰的超低温性达到除污目的。它的优点是作为清洗介质对清洗对象表面损伤非常小，清洗完后就只有污垢会剥离，不会产生额外的杂质及污染物。并且二氧化碳是常见的温室气体，不会对环境造成污染。干冰清洗的原理还是二氧化碳的物理性质决定了它的清洗效果，因为二氧化碳的状态转换是清洗技术的主要内容，表1是二氧化碳的物理性质。

4 干冰清洗的科学实验

为了了解干冰清洗技术对陶器文物的清洗效果，我们课题组一行四人于2018年11月15日至11月19日奔赴西安陕西克林勒斯清洗技术服务有限公司对50件陶器标本进行清洗实验（图1）。

实验装置：一台规格型号为IC310S的德国ICS干冰清洗机（图2）;一箱直径为3mm、长度为1～15mm干冰颗粒（图3）。

实验材料：实验对象为21套不同附着物、不同硬度的陶器标本。

实验场地：陕西克林勒斯清洗技术服务有限公司清洗车间。

实验方法：在陕西克林勒斯清洗技术服务有限公司专业人员的指导下，由一人按住实验的器物，一人进行干冰清洗（图4），按照干冰清洗机的压力从小到大、时间从短到长、剂量从小到大的顺序进行清洗，并且改变喷射角度，由60°到90°，寻找最佳喷射角度。在清洗的过程中，按照陶器标本材质不同、污染物不同、硬度不同，通过压力不同、时间不同、剂量不同来做清洗实验，最后详细做好实验数据的记录。实验总共为期5天，每天对10件不同材质、不同污染物的陶器标本进行40分钟的清洗，总共对21件陶器标本进行了实验。

5 干冰清洗陶器标本的具体实验数据

陶标1，夹砂陶。胎体较厚，污染物为块状泥土（图5）。当干冰清洗机压力0.15MPa时，有小的坚硬的粒状泥洗不掉;当干冰清洗机压力增至0.2MPa時迅速除干净坚硬的块状泥土;当干冰清洗机加至压力0.25MPa可迅速除去陶器上用中性笔写的标记（图6）。

陶标2，泥质陶。胎体密度高，胎体硬，质地细，均有黑彩，有纹饰，污染物为泥土（图7）。当干冰清洗机压力0.2MPa时可除去表层泥土，但是出现了洗不掉的胶质附着物;当干冰清洗机压力加至0.3MPa时胶质附着物被除去（图8）;干冰清洗机压力加至0.4MPa时，彩被洗掉了。

陶标3，泥质陶。质地细、胎体较薄，污染物为泥土（图9）。当干冰清洗机压力0.2MPa时，泥土可以清掉;当干冰清洗机压力加至0.25MPa时，陶器标本上的细小纹路被洗出（图10）。

陶标4，夹砂陶。质地粗，污染物为泥土（图11）。当干冰清洗机压力0.15MPa时，表面泥土被洗干净;当干冰清洗机压力增至0.2MPa时，陶器标本杂质已被洗出来（图12）。

陶标5，夹砂灰陶。质地粗，较厚，污染物为烟熏（图13）。当干冰清洗机压力0.2MPa时，烟熏可洗掉（图14）;当干冰清洗机压力增至0.25MPa时，陶器标本本体已有损伤。

陶标6，橙黄陶。陶质细腻，胎体较厚，密度高，质地硬，污染物为烟熏（图15）。当干冰清洗机压力0.2MPa时，烟熏可洗掉;当干冰清洗机压力增至0.3MPa时，洗不掉裂口处的烟熏痕迹;当干冰清洗机压力加至0.35MPa时，亦洗不干净（图16）。

陶标7，素陶。胎体较厚，污染物为可溶性盐（图17）。当干冰清洗机压力0.2MPa时，可以除尘、除盐，但不可喷洗太久，太久会洗掉本体的杂质;当干冰清洗机压力增至0.4MPa时，会损伤本体（图18）。

陶标8，橙红陶。胎体较薄，密度高，硬，污染物为可溶性盐（图19）。当干冰清洗机压力0.2MPa时，可洗掉陶器标本上的可溶性盐，洗久之后本体虽没有太大损伤，但烧陶时本身留下的氣泡被洗出来了（图20）。

陶标9，泥质陶。黑彩，有纹饰，密度低，软，污染物为可溶性盐（图21）。当干冰清洗机压力0.1MPa时，彩损伤较小;当干冰清洗机压力增至0.2MPa时，本体易损伤（图22）。

陶标10，夹砂陶。素陶，胎体厚，较疏松，污染物为可溶性盐（图23）。当干冰清洗机压力0.1MPa时，即可清洗掉可溶性盐;当干冰清洗机压力0.2MPa时，会出现剥离本体的情况（图24）。

陶标11，完整灰陶罐。胎体厚，密度适中，污染物为可溶性盐（图25）。当干冰清洗机压力0.05MPa时，没太大效果;当干冰清洗机压力0.1MPa时，清洗有效果（图26）。

陶标12，灰陶，胎体厚，口沿部分，污染物为可溶性盐（图27）。当干冰清洗机压力0.3MPa时，可清洗掉可溶盐，但顽固盐渍洗不掉（图28）。

陶标13，素陶罐。密度适中，污染物为油渍（图29）。当干冰清洗机压力0.1MPa时，可处理掉表层尘土、油渍，完全清洗成功，对标本本体无损伤（图30）。

陶标14，夹砂陶。胎体适中，密度适中污染物为油渍（图31）。当干冰清洗机压力0.1MPa时，可除表面污物，可洗出胎体橙红质，胎体内白色杂质显现（图32）。

陶标15，彩陶。质地疏松，密度低，质地软，其中一个密度高、质地硬，污染物为油渍（图33）。干冰清洗机压力0.1MPa时，质地疏松的标本，沉积膜易被洗掉，同时彩也容易洗掉（图34）。

陶标16，泥质陶。胎体适中，密度低，质地软污染物为油渍（图35、图36）。用0.1MPa干冰清洗机压力时，胎体、彩、纹饰受损，器物内侧的沉积膜不易洗掉。当干冰清洗机压力加至0.8MPa时，内侧沉积膜可洗掉，但效率较低，沉积膜大块掉，器物内侧无损（图37、图38）。

陶标17，塔式罐顶。污染物为油渍（图39）。当干冰清洗机压力0.05MPa时，无效。当干冰清洗机加至0.2MPa可清洗油渍，但效率低;当干冰清洗机压力调至0.3MPa时，大部分污染物可洗掉，但结块污渍清不掉（图40）。

陶标18，夹砂陶。密度低，胎体厚，污染物为油渍（图41）。用0.1MPa干冰清洗机压力清洗时，胎体受损，剥离了表层绳纹，器表受损（图42）。

陶标19，橙黄陶。胎体适中，密度适中，污染物为油渍（图43）。用0.1MPa干冰清洗机压力清洗时，可清洗掉表层灰土。当干冰清洗机压力增至0.2MPa时，可洗掉油渍（图44）。

陶标20，橙黄陶。胎体薄，密度高，污染物为沉积膜（图45）。用0.1MPa干冰清洗机压力时，可清洗表层灰土。当压力增至0.2MPa时，可洗掉沉积膜（图46）。

陶标21，灰陶。密度高，污染物为沉积膜（图47）。用0.1MPa干冰清洗机压力时，可清洗表层灰土;当干冰清洗机压力增至0.2MPa时，可洗掉沉积膜（图48）。

6 实验结果分析

科研结果表明，干冰清洗技术在一定压力、一定剂量和一定时间内对陶器标本表面上附着的泥土、可溶盐、霉菌、沉积膜等效果显著，未对陶器表面造成损害。一般情况下，干冰的输出量越大，清洗效果越好。但一旦加大干冰清洗机压力或者加大干冰剂量及时间，就会不同程度造成彩陶表面纹饰和表层损伤，干冰清洗技术的应用能力与清洗效果仍有很大的提升空间。

经过实验，我们建议，在干冰清洗文物的实验中，器物的硬度不同，彩料的脆弱程度不同，烧造工艺成熟度不同，胎质结合缜密度不同，釉面厚度不同等，都可能影响清洗效果。现在的干冰清洗机体积越做越小，但干冰输出率和干冰颗粒还太大，效果还不太理想。若能改进工艺，提高干冰清洗机技术，相信能广泛应用于文物修复事业。