薄荷醇在墓葬壁画抢救性揭取上的应用研究

韩向娜 张秉坚 罗宏杰 黄晓 苏伯民

内容摘要：薄荷醇是一种天然产物，在食品、日化和药物产业方面均有广泛的应用。利用薄荷醇在室温下能够自然挥发的特性，本文提出将其作为新型的墓葬壁画揭取材料用于考古发掘现场出土的墓葬壁画抢救性保护。在实验室对利用薄荷醇揭取壁画的可行性进行了系统研究，结果表明：薄荷醇能够满足壁画揭取的需求，在高于其熔点20—40℃的温度下施工具有最好的揭取效果，多次涂刷能够达到最佳的加固效果。使用薄荷醇对西安市一处唐墓壁画进行了现场壁画揭取试验，结果显示薄荷醇是一种有效的墓葬壁画揭取材料。

关键词：薄荷醇；壁画揭取；临时固型；可控去除

中图分类号：K854.3 文献标识码：A 文章编号：1000-4106（2016）05-0142-08

Abstract： An important natural compound extracted from plants， menthol has been widely used in the food， cosmetic， and pharmaceutical industries. By taking advantage of its ability to volatilize at room temperature， this compound has been proposed as a new material useful for removing ancient tomb murals for better on-site conservation. This paper presents a feasibility study of menthol for this purpose under systematic laboratory conditions， concluding that menthol indeed meets the requirements of mural conservation work. Menthol's best operational temperature is about 20-40 ℃ higher than its melting point and the duplicative treatment of melted menthol shows the best consolidation efficacy. Finally， a field test was successfully carried out in a Tang dynasty tomb in Xian， which further proved that menthol is an effective material for separating the murals from the walls.

Keywords： menthol； ancient murals； Detachment； temporary consolidation； controlled removal

1 引 言

壁画是依附于建筑物墙壁上的绘画。中国古代的壁画艺术包括建筑壁画、石窟壁画和墓葬壁画等。这些壁画反映了当时社会政治、经济、文化、生活习俗、宗教、艺术、哲学、美学等诸多方面，其制作方法也与当时的政治、经济、文化、技术发展水平相适应。其中墓葬壁画是人们幻想在死后继续享受生前生活的反映，内容丰富，题材广泛，具有鲜明的时代特征，集中体现了当时壁画艺术的杰出成就。墓葬壁画因为深埋在地下而得以留存，弥足珍贵，具有极高的历史价值、艺术价值和科学价值。

墓葬壁画大多绘制在草拌泥的地仗层或者白灰层上，称为有地仗壁画；有的直接绘制在整修平整的墓壁上，称为无地仗壁画。墓葬壁画的这种结构决定了其脆弱性。在埋藏环境中长期受地下水和可溶盐的侵蚀，地仗材料变得疏松，力学强度下降，导致壁画开裂、空鼓、脱落、甚至坍塌。壁画颜料层中的胶结物老化失去黏结力，使得颜料层起翘、粉化、脱落等。再加上盗墓活动，目前考古发现的几乎所有的墓葬壁画都存在不同程度的破坏。由于发掘现场条件和壁画出土状况的限制，原址保护不太可能，在绝大多数情况下墓葬壁画需要揭取迁移至室内进行保护[1]。

墓葬壁画的保护包括两部分，一是考古发掘现场的保护性揭取，一是实验室内的保护修复。目前墓葬壁画的保护性揭取的主要工艺：考古现场原始记录、画面预处理、确定分割线制壁画夹板、逐块烘干、加固并封护、涂胶、贴纸、贴布、再烘干、切割画面、揭取、包装运输和暂存[2]。在揭取壁画时，要求起加固封护作用的揭取材料能够固型，在切割、揭取、转移壁画的过程中不变形，具有一定的抗震动能力和机械强度，在后续保护修复中可以去除、无毒无残留、不影响其他加固剂、封护剂和支撑材料的使用，不能造成壁画基底损害等。

曾用来加固封护的揭取材料有团粉浆糊[3，4]、桃胶[5]、环氧树脂[6]、PrimalSF-016[7]、聚乙醇缩丁醛类[8，9]和Paraloid B72等。使用这些揭取材料时，需要提前对壁画进行烘干，以增加材料的渗透深度，缩短固化时间。但是烘干壁画，工程浩大，耗时耗力，尤其在空间狭小、高湿低温的墓室中，要不间断连续烘干，烘干后必须立刻涂胶，以防回潮。这极大地限制了操作时间。烘干墓室造成工作环境闷热难耐，大大增加了工作负荷。对壁画揭取材料的性能和作用机理认识不足，加之环境因素的影响，导致已经揭取壁画遭受二次损坏的越来越多，这一点已逐渐引起壁画保护工作者的关注和重视[10-12]。

经过大量调研，我们发现，薄荷醇在室温下可以升华，具有挥发性，能够实现临时固型和后期的可逆去除，可用于墓葬壁画的揭取。

薄荷醇通常是由薄荷的茎叶经过水蒸气蒸馏提纯得到的[13]，为无色针状或粒状结晶。薄荷醇有8种异构体，它们的呈香性质各不相同，左旋薄荷醇具有薄荷香气并有清凉的作用，消旋薄荷醇也有清凉作用。早在2000年前，薄荷就被用来入药，具有止痒[14]、止痛[15]、安定皮肤[16]的作用；薄荷醇还可用作牙膏、香水、饮料和糖果等的赋香剂[17，18]。作为药物和食品添加剂，薄荷醇的毒理毒性数据健全[19，20]。薄荷在我国种植面积广泛，产量巨大、品质优良、价格低廉；薄荷醇加工工艺成熟。2012年前，中国一直是全球最大的薄荷种植国。中国的薄荷油、薄荷醇产销量和出口量约占当时国际市场的50%；国内薄荷粗油总产量曾一度达到8000多吨，出口约占产量的6成左右。薄荷醇在中国的诸多优势，是我们优先选用它作为新型壁画揭取材料的原因所在。并且，在我们之前的工作中，薄荷醇已经作为临时性固型材料，成功应用于秦始皇兵马俑博物馆1号坑发掘现场[21，22]。

通过实验室研究薄荷醇的渗透深度和渗透分布，我们评估了薄荷醇的壁画揭取能力，研究了薄荷醇的最佳施工温度和施工工艺，并在现场试验中使用薄荷醇成功地对西安市一处唐墓壁画进行了揭取。

2 实验部分

2.1 材料和试剂

2.1.1 模拟陶胎样品

本次实验中采用自制的模拟陶胎样品，以代替文物样品。将取自秦始皇陵园北侧附近的黄土过40目筛子，压成20cm×5cm的砖块，先在110℃烘箱中干燥5h，再在干燥器中冷至室温，最后在700℃下烧制，得到模拟陶胎样品（以下简称陶胎样品）。其矿物成分主要包括绢云母、石英、钾长石、斜长石、角闪石、方解石、高岭石和伊利石等，平均孔隙率为32%左右。

2.1.2 试剂

L—薄荷醇（98%，熔点42℃，阿拉丁试剂，以下简称薄荷醇）

2.2 仪器及其测试条件

瑞士梅特勒-托利多公司的AB-140N电子天平，德国IKA的RCI basic S25磁力搅拌器，Brookfieldviscometer产的DV-II黏度计，美国ThermoNicolet的iN10显微红外光谱仪，深圳新三思计量技术有限公司生产的万能力学测试机，型号CMT5205，Nikon D700数码相机。

2.3 材料性能表征方法

2.3.1 渗透深度和分布

将1g薄荷醇分别在60℃、70℃、80℃、90℃、100℃的温度下加热融化，将模拟陶胎样品（40mm×40mm×15mm，25℃）的一端浸泡在熔融的薄荷醇熔体里，熔体侵入瞬间立即用铅笔在最初的浸泡线上画线标记，观察熔体的上升情况，180s后记录熔体前沿线的位置，画线标记，用直尺测量熔体上升的高度，作为渗透深度的数据。将薄荷醇浸泡过的模拟陶胎样品切割，使用iN10红外显微镜观察薄荷醇在陶胎样品内部的分布情况。红外显微镜采用光圈尺寸50？滋m×50？滋m，步长200？滋m，使用ATR反射模式，红外光谱范围4000—600cm-1，分辨率8cm-1，跟踪薄荷醇的特征峰2941cm-1的位置，测试结果使用假彩色成像。

2.3.2 壁画揭取能力和最佳施工温度的确定

将2g薄荷醇加热熔融后分别倾倒在铺有纱布的黄土上，待熔体固化后，将纱布提起称重。所提起黄土的质量作为评价薄荷醇揭取能力的数据。为了确定薄荷醇的最佳施工温度，以确定现场使用时加热温度的设置参数。本实验中，将薄荷醇在50℃、60℃、80℃、100℃温度下加热融化，进行上述能力测试，壁画揭取能力最好的熔体温度即为最佳施工温度。

2.3.3 最佳施工工艺的确定

现场使用时，常常采用多次涂刷加固剂的工艺以便达到较好的保护效果。本实验中，为了确定多次涂刷工艺对薄荷醇加固效果的影响，设计以下实验进行评估。将7g薄荷醇熔体（60℃）一次性注入8mL的钢制模具（20mm×20mm×20mm），待熔体完全固化后，脱模得到薄荷醇块体。将7g薄荷醇熔体（60℃）分两次注入模具中，操作步骤是：待前一次浇筑的熔体固化后再浇筑第二次，直到注满，熔体完全固化后，脱模得到薄荷醇块体。将7g薄荷醇熔体（60℃）分三次注入模具中，操作步骤是：待前一次浇筑的熔体固化后再浇筑下一次，连续三次，直到注满，熔体完全固化后，脱模得到薄荷醇块体。将这三种施工方法分别标记为一次浇筑、两次浇筑和三次浇筑。同时，为了评估文物对象的温度对薄荷醇加固效果的影响，将模具分别放置于0℃和20℃（模拟考古现场冬天0℃和春天20℃的温度）的环境中保温数小时备用，实验过程中所有操作应尽量快速，以保持模具的温度。

薄荷醇熔体固化过程中会发生收缩，在中央形成孔洞，对孔洞的体积进行测量，按照下式计算体积收缩率：

体积收缩率（%）=V/8（mL）×100

V（mL）为孔洞的体积。

体积收缩率越小，说明该种工艺越好。

将三种浇筑工艺所得到的薄荷醇块体在万能材料试验机上进行抗压测试，将抗压强度作为评价薄荷醇自身加固能力的依据。抗压强度越高，说明该种工艺越好。

3 结果与讨论

3.1 渗透深度和黏度

由图1可知，薄荷醇的黏度随着温度升高呈指数下降，渗透深度呈线性增长。通常渗透由毛细作用力决定，但此实验中渗透深度远远低于毛细作用所能达到的最大深度，而分子扩散作用在这里起着决定的作用。薄荷醇分子中的羟基与陶胎中的极性基团有除了范德华力之外的其他结合力，导致薄荷醇分子扩散速度较快，渗透深度较深。薄荷醇在100℃时渗透深度接近20mm，能够满足墓葬壁画揭取的需求。

3.2 渗透分布

由图2-c可以看出，薄荷醇在陶胎样品内部的分布是不均匀的；由图2-d进一步可知，薄荷醇在陶胎样品内部的分布，呈现出周边厚、中间薄的状况。这很有可能是因为，在实验时，陶胎的一端浸渍在薄荷醇熔体内的过程，同时也是高温熔体对陶胎的加热过程，这会造成陶胎内部和边缘的受热不均匀，熔体在较低温度的陶胎内部结晶较快，阻塞了熔体的进一步渗透；而在陶胎边缘温度较高，熔体可以渗透得较深。这与在考古发掘现场试验时实际观察到的现象相一致。现场使用时，均匀施加薄荷醇后，待转移的文物对象的中间部位较边缘部位的强度总是要低一些，需要特别多次加固以巩固强度。

3.3 揭取能力和最佳施工温度的确定

图3直观地反映了薄荷醇提起黄土的能力，所提起黄土的质量是对薄荷醇揭取能力的评估标准。薄荷醇的羟基具有一定的极性，与黄土颗粒间除了分子间范德华力结合外，还有一定的氢键作用，因此被提起的黄土成为整块，结合较为牢固，能够经受一定的机械摩擦或者撞击。图4是薄荷醇所提起的黄土的质量。薄荷醇所提取黄土的质量随着温度的升高出现先增加后减少的现象，这是因为当温度升高时，薄荷醇的渗透深度呈线性增大，增加了载土量；但当温度过高时，会大大促进薄荷醇的挥发，导致薄荷醇质量的损失，反而使提起黄土的质量减少。分析图4的数据可知，最佳熔融温度位于高于薄荷醇熔点20℃—40℃处，在此温度范围内薄荷醇熔体具有最强的揭取能力。

3.4 最佳施工工艺

在现场使用中，薄荷醇的施工工艺关乎能否成功揭取壁画，因此，本实验中采取了三种不同的浇筑工艺来研究施工工艺对薄荷醇加固效果的影响。图5展示了一次浇筑过程中薄荷醇的固化过程，发现该过程是明显的体积收缩过程，在最终固化的块体中央形成了一个浅浅的孔洞。对比三种工艺得到的薄荷醇块体（图6）可以发现，一次浇筑得到的薄荷醇块体收缩最为明显，两次浇筑次之，三次浇筑最小，在图6-b和6-c中，浇筑界面有明显的分界线，呈半透明状。体积收缩率的测试结果（图7）和图6照片的结果相一致。

对不同工艺条件下所得到的薄荷醇块体进行抗压强度测试发现（图8），三次浇筑得到的块体的抗压强度最高，二次浇筑次之，一次浇筑最小。无论是0℃还是20℃，所制备的薄荷醇块体均呈现出相似的规律。结合体积收缩率（图7）的数据，说明三次浇筑具有最好的效果。因此在考古现场使用薄荷醇时，推荐使用多次涂刷薄荷醇熔体的施工工艺。

4 薄荷醇作为墓葬壁画揭取材料的

应用实例

4.1 西安市长安县唐墓石灰地仗壁画的揭取

图9是西安市长安县的一处唐墓壁画。画面是翩翩起舞的仙鹤，是石灰地仗层的壁画，出土时环境相对湿度达到97%。图10展示了薄荷醇揭取墓葬壁画的过程。做好前期的考古现场原始信息记录后，不需要烘干墓室和对画面预处理，使用纱布覆盖在将要揭取的壁画区上，直接在纱布上刷涂熔融的薄荷醇（按照实验室实验结果，选择60℃时的熔体，多次涂刷），待薄荷醇完全固化（需要5—10min），小心地将壁画铲下，放置在夹板上，固定好，最后安全转移至实验室。图11-a是薄荷醇去除过程中，纱布半揭开的照片，图11-b是薄荷醇完全挥发后壁画的照片。薄荷醇揭取的壁画形貌没有发生任何肉眼可见的改变。表明薄荷醇是方便、快捷、有效、完全可逆的壁画揭取材料。

5 结 论

薄荷醇具有挥发性，在室温状态下经过一定时间能够完全自动去除掉。本研究考察了薄荷醇作为新型墓葬壁画揭取材料的可行性。实验室研究表明：薄荷醇具有较好的渗透深度，能够满足壁画揭取的需求；薄荷醇在陶胎样品内部的分布是不均匀的，呈现出周边厚、中间薄的状态；在黄土上的揭取实验表明，薄荷醇的揭取能力较好，在高于其熔点20—40℃的施工温度下具有最好的揭取效果；多次涂刷工艺能够达到最佳的加固效果。因此推荐在考古现场使用薄荷醇时，采用60—80℃温度下熔融、多次涂刷的工艺施工。考古现场的壁画揭取试验证明，薄荷醇在考古现场使用时，在熔融状态下可以直接刷涂在帖有纱布的壁画上，冷却后能够起到加固作用。在揭取过程中，不需要对壁画进行烘干，具有省时、省能、省力等优点。使用薄荷醇揭取壁画，操作简单、施工方便、渗透性好、加固效果好，能够实现完全可逆、可控的壁画揭取，具有很强的普适性和实用性。

致谢：特别感谢陕西省考古研究院、赵西晨、王啸啸等老师在现场试验过程中的帮助。

参考文献：

[1]段萍.唐墓壁画保存现状及保护修复方法[J].中国文物科学研究，2007（4）：56-59.

[2]陕西省考古研究院.汉唐墓葬壁画保护与修复[M].西安：三秦出版社，2010.

[3]孙洪才.新疆库车库木吐拉石窟壁画揭取保护技术[J].敦煌研究，2000（1）：150-152.

[4]祁英涛.永乐宫壁画的揭取方法[J].文物，1960（Z1）：82-86.

[5]徐毓明.北周李贤墓壁画的揭取和修复新技术[J].文物保护与考古科学，1990，2（1）：26-31.

[6]张蜓.辽金时期弧形连砖揭取墓葬壁画的支撑保护体系研究[D].西安：西北大学，2009.

[7]杨蕊.北宋富弼墓壁画的揭取及修复保护[J].文物保护与考古科学，2010，22（1）：70-76.

[8]铁付德.西汉早期柿园墓四神云气图壁画保护研究（一）——历史与现状调查[J].文物保护与考古科学，2004，16（1）：47-51.

[9]王进玉.高分子粘合剂在壁画保护上的应用[J].自然杂志，1987（1）：31-34.

[10]铁付德，孙淑云，王九一.已揭取壁画的损坏及保护修复[J].中原文物，2004（1）：81-86.

[11]陈进良.从一次工作失误看壁画表面加固材料的性能[J].文物保护技术（1981—1991），2010（4）.

[12]张群喜，李文怡，卢轩，罗黎.已加固“颠倒”唐墓壁画的科学分离与保护研究——对过去失误修复壁画的再处理[C]//文物保护与修复纪实——第八届全国考古与文物保护（化学）学术会议.2004（9）.

[13]梁呈元，傅晖，李维林，夏冰，吴菊兰.薄荷油不同提取方法的比较[J].时珍国医国药，2007，18（9）：2085-2086.

[14]林月彬，王晖，梁庆，陈垦.薄荷醇止痒作用的研究[J].中华中医药学刊，2009，27（7）：1488-1490.

[15]王晖，许卫铭，王宗锐.薄荷醇对柴胡镇痛作用的影响[J].中医药研究，1996（2）：38-39.

[16]王晖，陈丽，张瑞涛，梁庆，陈垦.薄荷醇的皮肤安全性评价[J].中药药理与临床，2008，24（3）：32-35.

[17]沙拉买提·托乎提，麦尔布哈·阿不都热西提.气相色谱法定量测定牙膏中的薄荷醇、丙二醇和甘油[J].日用化学工业，2012，42（2）：154-156.

[18]宋瑜冰，谢剑平，宗永立，李炎强.薄荷醇在卷烟中转移行为的控制及检测研究综述[J].香料香精化妆品，2005（3）：25-28.

[19]程阔菊，王晖，陈垦.薄荷醇的安全性研究进展[J].辽宁中医杂志，2010，37（2）：377-380.

[20]I.Thorup，G.Würtzen，J.Carstensen，P.olsen.Short term toxicity study in rats dosed with pulegone and menthol[J].Toxicology letters，1983，19（3）：207-210.

[21]X.Han，B.Rong，X.Huang，T.Zhou，H.Luo，C.Y.Wang.Theuse of menthol as temporary consolidant in theexcavation of qin shihuangs terracotta army[J].Archaeometry 2014，56（6）：1041-1053.

[22]J.X.Han.The use of menthol on the archaeological site at the Mausoleum of the First Qin Emperor[J].Study of Conservation.2014，59（supplement 1）：S223-S224.