一种油画颜料层裂纹的修复技术分析

江 勤，马 兰，孙红燕，魏宏伟

(安徽博物院，安徽合肥 230000)

0 引 言

油画，起源于15世纪，是材料技法、造型观念和风格样式自成一体的成熟画种，代表了人文精神和科学意义上的视觉艺术[1]。油画具有其创作材质复杂，对保存环境比较敏感的特性。各种环境因素如温湿度的变化，灰尘的附着，昆虫的侵害，空气中酸性气体的损坏，紫外线的照射等，对油画的不同层次和各层次组合的稳定性产生了不同程度的影响，尤其是油画的颜料层出现了如龟裂、脱落、褪色等病害[2-3]，从而影响了油画文物的历史、艺术和科学价值，有些病害严重的油画甚至无法满足展览和研究的需要。

油画最明显的老化特征就是颜料层开裂，裂纹类型包括干燥裂纹(drying cracks)、老化裂纹(aging cracks)以及机械裂纹(mechanical cracks)等。其中老化裂纹最常见，且形成原因复杂。光油层、颜料层以及支撑物的老化都会导致裂纹的产生。裂纹一旦产生就无法恢复，且保存条件不佳时，裂纹继续劣化，导致颜料层浮起、剥落等[1]。因此，需要先使用无损或者微损的检测手段对其材料和技法进行分析[4]，探寻裂纹的成因，再谨慎选择修复材料和技术方法，并持续关注修复后的保存状态。

1 裂纹产生原因分析

样品油画创作于20世纪80年代，存放在天津周恩来邓颖超纪念馆的库房，曾长期展示过，所处环境均没有温湿度调控措施。画面上的裂纹区域相对集中，裂缝边缘锋利，呈细微的网状断裂。背面透光观察可知裂纹从绘画支撑体(画布)开始，穿透绘画的所有层次(图1～4)，符合老化裂纹的特征。该幅油画的画面颜色整体暗淡，可见刷涂上光剂的痕迹。用松节油(温莎牛顿牌，法国进口，油画颜料媒介系列，下同)混合无水乙醇溶液(体积比9∶1)滚擦画面，观察棉花棒上的物质判断确实存在光油(图5)。

图1 颜料层裂纹1(正面)Fig.1 Pigment layer crack 1 (front)

1.1 红外光谱分析

1.1.1样品制备 使用傅里叶变换光谱分析该油画光油层，并制备市售精制亚麻籽油(贝碧欧牌，油画颜料媒介系列，下同)的老化样品经红外光谱分析以作为参考，具体制样的过程如下。

图2 颜料层裂纹1(背面透光)Fig.2 Pigment layer crack 1 (transmitted from the back)

图3 颜料层裂纹2(正面)Fig.3 Pigment layer crack 2 (front)

图4 颜料层裂纹2(背面透光)Fig.4 Pigment layer crack 2 (transmitted from the back)

图5 变黄的光油Fig.5 Yellowish varnish

1) 光油层取样：用松节油混合无水乙醇溶液(体积比9∶1)制作蒸汽盒子(15 cm×10 cm×5 cm)局部覆盖画面光油层10 min，待光油被溶胀软化后用手术刀小心刮取，观察质地坚硬，颜色为黄褐色。

2) 市售精制亚麻籽油老化样品制备：将精制亚麻籽油刷涂在载玻片上，室内自然干燥7 d后放入电热恒温鼓风干燥箱(功率850 W，控温范围10～250 ℃)持续受热(80～250 ℃，40 min)至固化后用手术刀小心刮取，略有黏性，颜色为黄褐色。

1.1.2红外光谱分析 红外光谱仪为Nicolet 6700傅里叶红外光谱仪(美国赛默飞世尔公司制造，扫描范围4 000～400 cm-1)，具体方法为KBr压片法测定红外光谱。如图6所示，3 428 cm-1为羧基中的O-H伸缩振动吸收峰，—CH2的反对称伸缩振动吸收峰在2 927 cm-1处，剪式振动吸收峰在1 410 cm-1处，酯基中的C=O的伸缩振动吸收峰位于1 633 cm-1处，1 070 cm-1处为酯基中的C-O-C的伸缩振动吸收峰。该分析只能说明样品中存在脂肪酸，对具体成分不能做出判断。

图6 光油样品FTIR图Fig.6 FTIR spectrum of varnish

红外光谱法分析热老化后的市售亚麻籽油样品作为参考，如图7所示。其中3 460 cm-1为羧基中的O-H伸缩振动吸收峰，—CH2的反对称伸缩振动吸收峰在2 924 cm-1处，对称伸缩振动吸收峰在2 850 cm-1处，剪式振动吸收峰在1 457 cm-1处。1 646 cm-1处出现了C=C双键伸缩振动吸收峰，说明氧化尚未完全。1 745 cm-1处是酯基中的C=O的伸缩振动吸收峰[5]。

图7 亚麻籽油老化样品的FTIR图Fig.7 FTIR spectrum of aged flaxseed oil

1.1.3光油的可能种类 对比发现，光油样品红外谱图中的—CH2的伸缩振动吸收峰减弱，2 860 cm-1处的波峰几近消失，推测是相关组分被分解的原因。两种样品在3 300～3 000 cm-1区域中都没有出现=C-H特征吸收峰，说明不饱和键被氧化是发生老化的特征之一。由此推断该油画的光油中可能添加了干性油，经过40余年的漫长岁月，光油样品中的不饱和脂肪酸已被完全氧化，分解成短链的脂肪酸[6]。

亚麻籽油为淡黄色，主要成分为亚麻酸和亚油酸的甘油酯[7]，通过氧化不饱和双键而干燥。我国早期的油画家创作时并没有上光油的意识，20世纪90年代之后树脂类(达玛树脂、马蒂树脂)光油才开始在国内流行。该油画的创作年份为20世纪80年代，当时的油画家刚开始有刷光油的意识，往往会就地取材，调制含有干性植物油的光油在画作上刷涂以提高光泽度，其中亚麻籽油最常见。亚麻籽油是油画材料中常用的媒介剂，如果单独用作上光油则干燥缓慢且耐久性差，完全干燥后变黄褐色，易开裂且十分难去除，这是干性油作为上光油的弊端，如今已经不被当作保护光油使用了。

1.2 便携式X荧光能谱分析

选择画面裂纹最集中的两个区域，分别是白色颜料区域和棕色颜料区域，用XL3T便携式X荧光能谱仪(美国赛默飞世尔公司制造)在画面取点检测(图8)，检测范围是以标注的点为中心，直径为8 mm，各位置点主要元素含量见表1。

图8 便携式XRF取点检测Fig.8 Measurement points in PXRF on the painting

表1 各位置点的主要元素含量Table 1 Content of main elements at the points (10-6)

便携式X荧光能谱仪检测结果显示，两个区域的锌元素含量都是最高，推测该幅画的底子色料中含有锌白(ZnO)，可能是画家在制底的填充材料中使用了锌白粉[8]，位置1处的白色颜料也是锌白。锌白的干燥速度最慢，大面积使用易脆化和开裂[9]。位置2处的棕色颜料为赭石，其中含有锰、铁的化合物，干燥速度比较快。该油画以直接画法绘制，当上层的赭石已经干燥时，下层的锌白在没有完全干燥的情况下仍在膨胀，就会导致上层颜料开裂[10]。

1.3 保存环境因素分析

据了解，该油画的保存场所没有温湿度调控设备，冬季使用供暖设施，夏季使用空调制冷，环境温湿度波动很大，且画作长期靠墙展示。当画背面的温度低于正面，而空气相对湿度高于正面时，空气中的水蒸气就会透过画布向颜料层扩散。因为画布和颜料层的膨胀与收缩并不同步，所以产生裂纹[11]。

机械裂纹有明显的环状裂纹特征，如图9所示，画框边缘出现机械裂纹——“牵引力裂纹”，分析是布面油画受到过度的平面张力时，即绷紧画布的操作导致画布边缘出现裂纹。狭义上的机械裂纹仅限于受到外力作用的局部，一般出现在边缘，伴随着应力作用，裂纹会向画面中心延伸，在空气相对湿度波动较大的环境中长期保存，最终形成老化裂纹[1]。

双口RAM的首要功能是存储目标信号,因为后面的算法模块包括多次迭代过程,中间需要进行多次目标信号的初始化。第2点功能是跨时钟域,因为信号捕获采集部分与算法模块的时钟频率不同,由双口RAM完成目标信号的跨时钟域。该RAM的位宽是18位,深度是512,采用Xilinx FPGA自带Block RAM配置而成,输入端时钟是400 MHz,输出端时钟是100 MHz。

图9 画布边缘机械裂纹(背面)Fig.9 Mechanical cracks on the edge of the canvas(back)

在实际过程中，造成颜料层开裂的原因最有可能是多种因素共同作用的结果。如材料技法和机械作用力都会导致颜料层开裂，而长期在不适宜的条件下保存带来的环境变化是形成老化裂纹的重要因素。

2 裂纹修复技术选择

裂纹的存在本身是不可逆的，且存在延伸和扩散的风险，成为色层剥落的诱因。在修复填料选择以及胶黏剂的适宜浓度和修复后保存条件等方面需要科学化的探索。

遵循最小干预原则，处理裂纹的措施主要是调整作品的保存状态，加固稳定其颜料层，并黏合颜料层裂纹边缘的起翘，防止剥落。对于那些严重干扰作品视觉效果的裂纹，酌情进行填补。此处讨论的修复方法是秉承最小干预原则，毕竟加固和填补都是对油画的侵入式行为。

裂纹加固与填补的方法主要有两种，一种是用色粉和蜂蜡制作色蜡来加固裂纹的同时填补，另一种是动物胶加固裂纹后，用碳酸钙混合动物胶填补。色蜡加固法起源于18世纪的涂蜡法。加热以后的色蜡具有良好的流动性，可以渗入裂纹中并迅速凝固，再55 ℃熨烫使其平整。在实际工作中，发现用色蜡小范围填补木板油画上的颜料层裂纹确实简便易操作，但是在布面油画或者纸板油画上使用色蜡填补大面积的裂纹或者托裱后，蜡的渗透导致画面光泽度以及肌理层改变(图10)，且无法使用水溶性胶黏剂黏合颜料层起翘的地方，违背了可逆性原则[12]，故不作为本次修复技术的首选。

图10 用蜡托裱前后的画面Fig.10 Picture before and after mounting with wax

根据该油画的绘画技法和颜料层的开裂状况，选择用鱼胶和碳酸钙制成填料填充裂纹，用水性颜料在填补处接色，在相对固定的环境条件下保存一段时间，观察其状态。

2.1 修复材料制备原料

鱼胶(颗粒)，25 g罐装，湖南株洲产的鱼鳔胶；碳酸钙，分析纯，无锡市亚泰联合化工有限公司；天然蜂蜜，无添加，安徽岳西县养蜂场订制；康师傅纯净水；自来水。

2.2 主要设备和工具

VH-Z20R超景深视频显微镜，日本基恩士公司；数显恒温水浴锅HH-2，国华电器有限公司；PB602-N电子精密天平，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；精确控温熨烫器英国防护设备有限责任公司；温莎牛顿牌圆头貂毛勾线笔，天津柯雅美术材料有限公司；马利牌水彩颜料套装，上海实业马利画材有限公司。

2.3 鱼胶制备

2.4 鱼胶浓度选择

制备的鱼胶浓度为20%，分别稀释至15%、10%、5%、3%，水浴加热至60 ℃后添加等比例的天然蜂蜜，进行梯度实验(表2)，分别测试胶液的固化时间、渗透性和固化后的成膜状态，并用触摸法测评常温下不同浓度鱼胶的黏度。

表2 常温下不同浓度鱼胶的成膜数据Table 2 Film formation data of different concentrations of fish glue at room temperature

依据实验结果，选择浓度为10%的鱼胶，水浴加热至60 ℃，添加天然蜂蜜，稍作冷却后立即进行颜料层的加固和填补。

2.5 加固裂纹

按照最小干预的修复原则，颜料层的裂纹修复首先用添加了天然蜂蜜的鱼胶(10%)加固裂纹。小心地用圆头貂毛勾线笔蘸取少量鱼胶，仔细从边缘渗入裂纹，接下来将精确控温熨烫器调到55 ℃，隔着一层涂硅薄膜纸熨烫裂纹(图11)，并施以重物压平整。待鱼胶完全固化后，用温水浸润棉花棒清洁裂纹边缘多余的鱼胶。这种加固的方法适合处理各种颜料层裂纹，加固后如果颜料层裂纹不明显则无需填充碳酸钙填料。

图11 加固裂纹Fig.11 Reinforcing the cracks

2.6 填补裂纹

加固后的颜料层裂纹视情况填充碳酸钙，具体方法是将添加天然蜂蜜的鱼胶(10%)调碳酸钙至均匀后用圆头貂毛勾线笔蘸取少量，小心填充进裂纹处(图12)。

图12 碳酸钙填补裂纹Fig.12 Filling the cracks with calcium carbonate

裂纹填充碳酸钙之后，轻轻用水擦拭掉裂纹边缘的碳酸钙，接下来用水彩颜料进行颜色填补(也称“接色”)(图13)。填补颜色之后，喷涂润色上光剂(泰伦斯牌，Retouch Varnish，成分是合成树脂、白精油)，待其干燥后依据颜色状态，视情况用修复颜料修正颜色，最后喷涂哑光上光剂进行画面保护(泰伦斯牌，Picture Varnish Matt，成分是合成树脂、白精油、硅)。

图13 水彩颜料填补裂纹Fig.13 Filling the cracks with watercolor

3 修复后保存状况研究

3.1 填充效果显微观察

油画在修复之后需要对其进行追踪，记录其病害修复效果以及保存环境条件等，为今后的保护与修复工作做原始资料积累。碳酸钙作填料配合鱼胶填补裂纹，修复区域见图14，需要经过相当长时间保存后观察其表面变化，以此判断这种方法的填充效果。实验选择的油画样品保存在本馆油画库房，该库房温度年均值为(20±5)℃，相对湿度为(60±15)%；且于2015年12月底修复完成后即存放在库房中，期间没有出库记录。2019年8月，用VH-Z20R超景深视频显微镜分别在100倍和200倍物镜下(图15)观察其填充后裂纹。

图14 修复区域Fig.14 Restored area

图15 碳酸钙填充裂纹Fig.15 Calcium carbonate-filled cracks

3.2 保存环境条件测试

考虑到木板作为支撑体的油画对保存环境更为敏感，选择2015年12月底修复完成的一幅馆藏木板油画作为实验样品。颜料层裂纹经过鱼胶加固，碳酸钙填补后，表面喷涂了哑光上光剂(泰伦斯牌，Picture Varnish Matt，成分是合成树脂、白精油、硅)，进入油画库房保存。该库房长期关闭，也没有展出，故不考虑光照对其影响，仅研究样品油画所处的环境温湿度变化对颜料层修复后的区域产生影响。根据该库房实际温湿度波动情况，统计在各温湿度下保存的累积天数(表3)，观察颜料层形态变化。

表3 保存场所的温度与相对湿度Table 3 Temperature and relative humidity of the storage

3.3 结果与讨论

油画所处的保存环境的温度和相对湿度存在波动，长期在温湿度波动大的环境中保存，会对油画造成明显的损害。油画裂纹的修复过程本身是侵入式行为[13]，且无论是何种原因造成的颜料层裂纹均存在继续劣化的风险。鱼胶和碳酸钙都会在后期发生劣化，造成裂纹再次出现甚至颜料层起翘脱落。第一步加固时，使用的鱼胶和蜂蜜，都是用水溶解。作为溶剂的水会浸入颜料层下面的基底层。随着加热熨烫时的温度升高，水分挥发，仍有少量水分滞留在基底层，并缓慢蒸发，导致随后填充在裂纹中的碳酸钙产生裂纹。

木板油画的颜料层经过整体加固，裂纹全部修复完成(图16a)，随着保存时间增加，出现了局部开裂，起翘，露出基底层。究其原因主要是保存环境中的相对湿度波动明显。湿度升高，木板吸收空气中的水分膨胀。短时间内湿度骤降，木板严重收缩，颜料层没法适应木板收缩造成的活动，导致颜料层与基底层分离，即使是加固过的颜料层也会再次开裂、脱落(图16b)。此外，保存环境温度升高，加固过程中滞留在基底层的水分挥发加快，也会促使颜料层与基底层之间会形成空鼓，进而引发颜料层开裂，起翘，甚至脱落，示意图见图17。

图16 修复完成时照片(a)和修复后新裂纹显微照片(b)Fig.16 Photo after restoration (a) and micrograph of new cracks after restoration (b)

图17 空鼓示意图Fig.17 Diagram of pigment layer separation

由此可见，修复材料和保存环境条件共同作用，直接影响修复效果和周期。按照博物馆馆藏文物保存环境条件要求，修复后的油画正确的保存环境条件是温度15～25 ℃，相对湿度50%～60%，且尽量控制波动范围越小越好[14-15]。

4 结 论

油画修复技术不断发展与进步，材料也日益环保与安全，每个时代的修复工作者对于裂纹的修复均是以保持的角度来考虑，即按照最小干预原则的指导，明确引发裂纹的诱因多种且复杂，裂纹一旦产生就不可逆。修复师首先应该采取的措施是调整作品的保存状态，并通过有效的加固与回贴，稳定其颜料层，以减缓颜料层进一步的起翘与脱落。另外，填充进裂纹的材料，一段时间后在裂纹内部有可能引发新的裂纹，这种裂纹虽然细微，但是仍有继续发展的趋势，支撑体和颜料层的膨胀与收缩不同步导致新裂纹的生成。可见，油画这类材料复杂的文物类型，从创作完成到出现病害进行修复等，全生命周期各个阶段的侵入性操作都有可能造成一定程度的损伤。现代文物保护领域，有更多科技手段加持，对油画文物进行妥善保管与修复，增强文物预防性保护的意识，关注油画修复后的保存状态，合理科学地进行展示，不仅利于艺术与文化的传播，更是延长其生命周期的最佳措施。

致 谢：感谢天津周恩来邓颖超纪念馆的李勤、庞跃、王越老师对本研究的大力支持。