历史长河中,众多珍贵文物如璀璨星辰,承载着人类文明的光辉与记忆。然而,这些作品往往精致且脆弱,易受环境变化影响,面临破损、泛黄、霉斑等问题。为应对这些挑战,研究人员不断探索新的材料和技术,这其中,纳米纤维素因其卓越性能在文物修复中展现了巨大潜力。摘要:历史长河中,众多珍贵文物如璀璨星辰,承载着人类文明的光辉与记忆。然而,这些作品往往精致且脆弱,易受环境变化影响,面临破损、泛黄、霉斑等问题。为应对这些挑战,研究人员不断探索新的材料和技术,这其中,纳米纤维素因其卓越性能在文物修复中展现了巨大潜力。
为此,作者对法国文物修复师及高级纸张保护师专家雷米·德雷福斯-德塞涅(Rémy Dreyfuss-Deseigne)进行了专访,解码文物保护的最新方向。
谈及自身使命,雷米这样阐释:“纸张保护师专注于国家博物馆、图书馆及档案馆中历史文物、艺术品与文献的保存修复工作。我们所做的,不仅是守护这些承载文明记忆的纸质瑰宝,更是要让它们完好无损地传承至下一代。”
纳米纤维素(Nanocellulose)源自木材、棉花、细菌等生物中提取的纯纤维素。
根据原材料来源和处理方式的不同,纳米纤维素常见的种类包括微纤化纤维素(microfibrillated cellulose, MFC)、细菌纳米纤维(bacterial nanocellulose, BNC)和纤维素纳米晶体(cellulose nanocrystals, CNC)三类。
三者因结构差异展现出不同性能:CNC具有高结晶度、高热稳定性及螺旋排列结构,常用于制备纳米复合材料和虹彩薄膜;MFC与BNC则凭借出色的机械性能,成为制造高强度纳米级纤维素薄膜的优选材料。
纳米纤维素薄膜不仅保留了纤维素的天然属性,更因纳米级微观结构,兼具质轻与强韧的双重优势。经老化测试验证,其在光照、温湿度波动环境下仍保持高度稳定性。该薄膜厚度仅8-40微米,却拥有优异的机械强度,老化后结构依然稳固。
在光学性能方面,它具备出色的透光性,透明度与聚酯薄膜相当,且光学特性长期稳定。
此外,作为成型片材,纳米纤维素薄膜规避了粉末或喷雾状纳米材料可能释放可吸入纳米粒子的风险,安全性更高 ,有效消除健康隐患。
抽吸过滤法(Suction Filtration Method)常用于实验室制备。将纳米纤维素悬浮液稀释后倒入真空过滤装置,过滤过程中大部分水分被去除,纤维素在过滤器上形成致密层,经压制、干燥后即可成膜。
微纤化纤维素(MFC)水凝胶
同时,法国国家图书馆科学实验室的一项实验结果表明,5% Klucel G(一种纤维素醚)在乙醇中的溶液有良好的粘合作用,纳米纤维素薄膜与其结合使用,可以很好地修复半透明或透明文物的破损。
雷米向我们介绍了在此次幻灯片文物修复中的具体步骤。
第一步是将有破损的两层薄纸从木框中取出。这一步需要使用湿润的吸水纸、柔软的无纺聚酯布和加热的抹刀(如图1所示)。
图5,粘合© La Cinémathèque française - Dreyfuss-Deseigne
在修复过程中,雷米制作了一个黑箱,便于随时检查反射光和透射光下的修复效果。使用纳米纤维素薄膜进行的修复效果非常理想(如图6所示)。图6,修复前后对比© La Cinémathèque française - Dreyfuss-Deseigne
以下是雷米使用纳米纤维素薄膜和纤维素醚乙醇溶液修复纸质文物的常用步骤:1、准备工作
材料准备:准备纳米纤维素薄膜、5% Klucel G在乙醇中的溶液、水。
工具准备:准备锋利剪刀、尖头镊子、软刷、特氟龙刮刀、表面光滑的无纺聚酯布(如 Bondina®)、重物、玻璃或有机玻璃板、一块黑色纸板、光桌。
确保手部清洁,或戴上薄布手套,以避免在材料表面留下任何油脂残留物
© Atelier Dreyfuss-Deseigne
2、在待处理文件的撕口边缘进行表面清洁后,用锋利的剪刀将纳米纤维素薄膜剪成最适合的宽度(一般在 2 至 4 毫米之间)的小条状。3、用尖头镊子来操作纳米纤维素薄膜条带。
4、蘸取乙醇基的5% Klucel G溶液将条带粘贴在玻璃板或有机玻璃板上,使用软毛的刷子整理,以避免条带变形。
5、然后立即沿着文件的撕裂处粘贴纸带,并在光台上直接控制粘贴过程。
6、为确保良好的粘附性,用一块表面光滑的无纺聚酯布(如 Bondina®)覆盖修补处,以避免在纳米纤维素薄膜干燥时在其表面留下痕迹。用特氟龙刮刀打圈轻压。
© Atelier Dreyfuss-Deseigne
7、在撕裂处涂抹后,用一块Bondina®和一块吸墨纸覆盖,晾干 10-20 分钟。
8、修补剂干燥后,使用锋利的剪刀去除多余的薄膜条。必要时,用稍微浸湿去离子水的刷子,配合手术刀刀片或尖头镊子进行清理。
尽管纳米纤维素在文物保护上优势明显,却也存在局限性。雷米解释道:“以水为基底的纳米纤维素凝胶不适用于修复对水敏感的墨迹,或老化、酸化的纸张,因为水分易造成水渍,甚至导致纸张变形。并且,纳米纸虽耐受温湿度变化,但亲水性强于传统纸张,无法与小麦淀粉糊等水性粘合剂配合使用。”
不过,雷米依然坚信纳米纤维素在文物修复领域潜力巨大。他强调:“纳米纤维素薄膜兼具高透明度、优秀抗老化性与卓越机械强度。不同类型的纳米纤维素凝胶和悬浮液可直接用于加固纸质文物,实现无额外粘合剂修复,堪称修复技术的一大突破。作为绿色环保材料,纳米纤维素为合成聚合物提供了替代方案,极大降低了修复过程中造成不可逆损伤的风险。”
损伤的文物经过雷米之手,皆宛若新生。以下是雷米的一些修复作品的前后对比图。
巴勃罗·毕加索,《斗牛》,1955 年© MNPP
亨利·马蒂斯,《两个女人》,1932 年© Barnes Foundation - CCAHA
日本画,人物,十九世纪© Collection privée
华特迪士尼工作室,《小姐与流浪汉》,1955 年© La Cinémathèque française
科利伯特,《欧洲人抵达非洲》,1795 年© Monnaie de Paris
约翰·斯隆,华盛顿广场,1923 年© CCAHA
手写的历史信件,1855 年© Harry Ransom Center
阿贝尔·费弗尔,《解放的代价》,1918 年© Monnaie de Paris
皮埃尔·亨利·阿曼德·勒福特,观赏幻灯片,1850 年© La Cinémathèque française
法兰西共和国- 4737号托内洛特温度计证书,1889年© Monnaie de Paris
自2018年起,雷米开设“纳米纤维素凝胶和薄膜在文物保护中的应用”国际研讨会,面向全球文物保护专业人士授课,分享前沿技术。
“我尤其关注英国博物馆藏品护理部门的反馈。”雷米提及,2019年在该馆举办的研讨会上,双方围绕使用有色纳米纸修复阿拉斯加肠衣斗篷展开探讨。这些由半透明肠衣制成的三维文物极为脆弱,亟需特殊材料稳固破损处、强化整体结构以满足展出需求。研讨会上英国博物馆修复团队热情参与、积极交流,数月后,雷米收到修复前后对比照片,效果惊艳,有力印证了有色纳米纸在特殊文物修复中的卓越成效。
如今,随着更多修复专家对纳米纤维素的认可与实践,这项材料势必在文物修复领域释放更大能量,驱动行业朝着更高效、可持续的方向大步迈进。
来源:中科院物理所