摘要：随着业内对文物保护优化方式的广泛关注，亟需对不同文物保护理念进行探索，对文物保护手段科学依据进行研究。本文从“封护”这一文物保护的重要流程出发，探索了古人朴素的封护理念背后的科学依据与文化内涵，列举了不同的传统封护形式，并剖析了古代不同封护方式背后的科学原理；论证了现代文物保护中实体封护的基本定义，并根据文物保护中所涉及封护材料与封护对象的差异将各类封护手段进行了全新的规整与划分。采用文献法、类比法与文化因素分析法等研究方法，以不同的文物保护实例为支撑，探讨了封护材料的可再处理性、封护材料与文物实体材料的匹配性、文物封护界面环境的动态平衡问题、文物封护膜孔隙尺寸的直接意义、文物封护膜表面张力对封护效益的影响、文物封护膜的透气性、文物封护膜耐老化能力及降解产物与文物实体材料的关系问题、文物封护膜对文物实体内部水盐运移的影响等八个问题，详尽论证了文物实体封护理念背后的科学问题。
关键词：文物保护；封护理念；实体封护；动态平衡
文物在历经千百年的埋藏后，其自身的材料性能已有所改变，轻者变形、断裂，重者糟朽、灰化。究其原因，是文物自身与外界环境中物质能量交换的不平衡所致。这种不平衡首先表现在文物表面。如果文物表面与外界环境的这种平衡状态被打破，会将表面的各种应力蔓延至文物实体内部，导致整个文物的损毁。现存的大多数文物从发掘出土的那一刻起，这种埋藏的平衡状态就已被打破。虽然当代博物馆和文保机构都有相对成熟的恒温恒湿设备，但要还原到原始的埋藏条件是极其困难的。因此，从文物本体着手，研究其实体封护的科学问题，有助于减少由文物实体与外部环境物质能量交换不平衡所带来的不利影响，从而达到保护文物，延长其保存寿命的目的。
一、古人朴素的“封护”理念
实体封护理念古已有之。古人的“实体封护”理念是伴随着生产生活需要而产生的，主要体现在食物的保存、工具的防锈以及葬俗观念上。据现存文献及考古发掘出土实物考证，古人用以封护食物、材料的方法多种多样。如在日常生活中用于腌制泡菜的双唇罐，其原理是利用两口沿之间的空隙盛满水，再用盖盖住以隔绝外界空气，从而达到延长食物保存时间的目的。因其独特的造型和科学的水封原理，双唇罐在汉代就被用来屯放、腌制食物[1]。此外，古人也利用类似原理的封存方法来储藏织物原材料——蚕茧。徐光启《农政全书·蚕书》中记载了腌渍保存蚕茧的相关操作技术：“凡浥茧，列埋大瓮地上，瓮中先铺竹，次以大桐叶覆之，乃铺茧一重，以十斤为率，掺盐二两，上又以桐叶平铺。以此重重隔之，以至满瓮，然后密盖，以泥封之”[2]。这就是古代养蚕缫丝中常用的盐渍贮茧法。宋人用膏油涂抹生活中常用的金属工具以达到防锈去锈的目的。苏轼在《物类相感志》中就有用香油涂抹刀、则“刀不脆”，涂抹针、则“香油拌烰炭”、避免针生锈的记载[3]。《吟窗杂录》中有“缝靴臈线油涂锥”“噬噫水鸟也，其膏可以涂剑”、使剑更锋利的相关记载[4]。这是古人“封护理念”在日常生活方面的运用体现。
在我国古代将“封护理念”发挥到极致的表现便是与葬俗观念的结合。如利用朱砂具有防虫防腐的特性，将其与古人“肉体不腐，灵魂不灭”的传统宗教思想一起融入到墓葬之中。白崇斌等对宝鸡益门二号墓出土的红色粉末的化学组成及作用进行了分析研究[5]，结果表明，铺在棺椁之下的红色粉末为纯朱砂，它对墓葬中的尸体和棺木有着防虫防腐的作用。这种情况也多出现在其他古代墓葬之中，其中又以商周时期的一些墓葬最为常见。古人认为朱砂具有防腐作用，因此常在墓葬填土中混入朱砂，或者在人骨、葬具、随葬器物的表面涂抹朱砂[6]。在新石器时代遗址的考古发掘中，例如灵宝西坡遗址房址和墓葬中曾多次发现红色物质，经鉴定这些遗存为朱砂[7]。此外，河南偃师二里头遗址中，发现大量墓葬中均有使用朱砂奠基现象[8]；北京琉璃河燕国墓地发现墓主人的尸骨下多有朱砂[9]。起初一些考古学家认为，墓道中放置朱砂可能是某种宗教意义上的典礼，而朱砂在其中起到辟邪的作用。但根据大量医学著作中有关朱砂性能的记载来看，朱砂所特有的理学特性很可能是作为一种保护尸体和棺木的防腐保护剂，实际作用就是防虫和保护尸骨及棺椁[10]。同样拥有灿烂文化的古埃及，在公元前4000年左右就有着与中国相似的封护理念，其典型代表就是“木乃伊”的制作。古希腊历史学家希罗多德和狄奥多罗斯的著作中精确记录下了尸体防腐的每个步骤[11]。
由此可见，古人在生产生活中产生了相应的“封护理念”。随着生产力与自身能动性的不断提升，古人在认识与改造世界的过程中将“封护理念”从日常生活中抽离出来，并与宗教仪式相结合。古代的这种传统朴素又饱含科学原理的“封护理念”对今天文物修复的实体封护产生了极其深远的影响，甚至可以说是为科学封护理念的形成奠定了思想基础。
二、文物保护中的实体封护
封护理念随古人生产劳动而产生，经历了漫长的理论框架构建逐渐发展到今天。其科学理论的建立得益于近代自然科学的兴起，化学、物理、生物等学科的发展与学科理论体系的建立为传统封护理念过渡到科学理论奠定了基础。科学理论的建立使得文物实体封护技术变得有理可依。许淳淳和潘路在《金属文物保护——全程技术方案》一书中将文物封护定义为“在文物表面涂覆天然或合成材料，以防止或减缓环境（介质）对文物造成的损害的过程”，即使用有机、无机、高分子材料在文物实体表面形成一层防护膜，以隔绝空气中有害气体、微生物、浮尘颗粒等有害物与文物接触，进而达到保护文物的目的[12]。根据文物实体封护中常用的封护材料，大致可以将现行的封护手段划分为小环境控制封护和成膜封护两大类型。小环境控制封护指通过人工干预控制文物保存的环境，使文物实体远离有害物以达到保护的目的，如小型可移动有机质文物中纸质文物常用的充氮、真空保护。成膜封护即指利用某种有机高分子材料在文物表面形成一层致密的保护膜，阻止污染气体、微生物孢子、水分子、光和飘尘等有害因素对文物实体造成损害。此外，根据封护对象的不同，又可将文物封护分为完全封护和部分封护。完全封护指可移动文物的封护，如陶瓷器、书画文物、青铜器、玉器等；部分封护指不可移动文物，如室外大型石刻、砖雕、壁画等。无论是哪种封护手段，都是以保护文物安全、延长文物寿命为目的。
文物出现病害的主要原因，很大程度在于所处环境对其产生的不利影响。因此，文物实体封护要从减少环境中的水、污染气体、有害微生物、光和浮尘颗粒等跟文物表面直接接触的因素着手。根据前文述及的封护理念与现行两大封护手段来看，文物实体无论是已产生病害或是还未产生的病害都需要进行防护。对目前安全无病害的文物而言，现在处于无病害状态并不代表以后在时间与环境的作用下不会发生病害。因此，对没有病害的文物实施封护是有必要的，这同时也符合文物保护中预防性保护的理念。那么，对于已经产生病害的文物，尤其是处于以下状态时需要进行封护：首先是文物实体在视觉上所呈现的表面性能已经改变，如金属文物表面的锈蚀、彩陶表面釉彩脱落、石质文物的酥粉等；其次是文物实体内部性能发生改变，这是肉眼看不见的，主要是环境中的水分子、有害气体、有害颗粒物等深入文物实体内部并与文物材料发生作用，如水盐运移使文物内部产生溶胀、纤维素水解等病害。文物实体封护技术是文物经处理后，可实现长期保存的有效手段，是文物保护中至关重要的一步，对于文物实体的安全有着重要作用。
三、文物实体封护中的科学问题
“封”是使文物实体处于一种相对封闭的状态，是方式；“护”是使文物实体免受侵害，是目的。封护的目的是保护文物，尽可能减少环境中的水、污染气体、有害微生物、光和飘尘等不利因素对文物实体的伤害。这些都是造成文物病害的直接元凶。如大量的水分子进入漆木竹器内部，会使漆木竹器处于饱水状态，促使内部纤维素水解，从而导致胎体糟朽；空气中的氯离子附着在青铜器表面，会与青铜器发生化学反应，进而腐蚀青铜胎体，产生青铜病。基于以上论述，在文物封护保护实施过程中，为使文物封护取得最佳防护效果，应从探索科学问题的角度考虑文物实体封护技术问题。
（一）封护材料的可再处理性
封护材料的可再处理性是指在对文物修复过程中所采用的封护材料，可以通过再次处理进行去除，完成对文物无损修复的目的，实现对文物的可持续保护。如壁画封护中使用的三甲树脂、经虫胶封护的金属器，都可用乙醇和丙酮的复合溶液贴敷去除。文物实体封护材料有一定的服役期限，任何一种封护材料的有效期都不可能是无限的，一旦失效或者更换保护材料，势必需要对文物实体再次进行保护。此时，倘若封护材料不具有可再处理性，不仅会对文物造成永久性损伤，更会导致文物的二次保护无法开展。如环氧树脂作为封护剂使用，强度高、韧性好，但因其属于热固性树脂，不可避免地会带来老化问题，且胶黏度大，可再处理性低，在文物保护封护中应谨慎使用[13]。因此，对文物的保护处理而言，选择合适封护材料的前提是对文物实体和所选封护材料有深入的了解。在此基础上，研究文物实体与保护封护材料界面间的相互作用，如粘结、相容性等，对于文物保护材料的选择、减缓文物实体的老化、增加文物的寿命有着极其重要的作用。
（二）封护材料与文物实体材料匹配性
匹配性即指材料兼容性，封护材料与文物实体材料的匹配性是影响封护效果的首要因素之一。通常情况下，材料之间的耦合相对复杂，研究难度较大。例如文物实体材料为柔性材料，而封护材料则是刚性材料，此时二者的耦合性必然不佳，不利于文物实体的保护。就保护材料与文物实体材料之间的相容性问题，不少学者做了研究。和玲等考虑到砖石陶质文物所处环境的多样性、复杂性和风化特征，选择合成所得二氧化硅（SiO2）、笼形多面体低聚倍半硅氧烷（POSS）、聚硅氧烷（PDMS）等硅基材料进行粘接、回粘、加固和表面保护的模拟研究，从湿热老化和光老化后文物表面色差、润湿性和机械性能等方面的变化，研究保护材料与本体的匹配性，实验证明微纳米SiO2基、POSS基和PDMS基保护材料具有良好的基体兼容性[14]。PDMS与POSS软硬链段结合，不但提高了保护材料的兼容性，也提高了保护材料的热性能、机械性能和透气性。此项模拟研究中所使用的硅基材料在砖石陶质文物加固封护方面获得良好的保护效果，为砖石陶质类疏松多孔的文物封护材料提供了更多选择。
（三）封护界面环境的动态平衡
表面环境动态平衡是指在文物实体材料表面与外界环境之间，通过能量流动、物质循环和物化反应，使其达到高度适应、协调和同一的状态[15]。文物实体表面是阻止有害因素侵入文物实体的重要屏障，它是由多因素组成的复杂系统，包括文物本体材料、水分、伴生物、污染物、腐蚀降解物、保护修复材料等。每一个组成因素都不是孤立存在的，而是与外界环境相互联系的综合体。封护材料一般施加在文物实体表面，在实施封护时应研究封护材料与文物实体材料形成的界面性质，封护材料与文物实体材料形成的界面应满足文物保护的相关要求，力求达到文物表面环境的物质交换平衡状态。传统方法中，采用蜂蜡对古代青铜器进行封护，表明古人已认识到封护对青铜文物保护的重要性。考古出土的青铜器，由于长期深埋于土壤或地下水中，并与周围环境建立了较为稳定的平衡关系，一旦被发掘出来，则原先的环境平衡被打破，从而导致金属文物进一步加速腐蚀。在经过前期的保护处理后，为防止青铜器继续发生腐蚀，便需要对青铜器进行封护处理。国内外在青铜器封护材料的选择上经历了漫长的探索过程，从最初的天然封护材料石蜡、蜂蜡、虫胶等，到现阶段应用的高分子材料，如聚乙烯醇缩丁醛、聚氨醋、丙烯酸树脂、聚硅氧烷、环氧树脂、三甲树脂等。1967年英国科学家Cotton和Scholes发表了苯丙三氮唑（BTA）利于稳定和保护古代青铜器的研究，在文物保护界备受瞩目[16]，同年Madsen验证了此方法可以在缓蚀过的文物表面形成一层致密薄膜，因而具有良好的抗腐蚀性能[17]。时至今日，BTA保护法仍在青铜器保护修复中广泛使用。
（四）封护膜的孔隙尺寸
封护膜是指封护材料在文物实体表面形成的一层隔离保护膜，这就要求封护材料拥有良好的成膜性，其膜孔隙的直径需小于有害分子的直径，以此来阻止环境中有害分子侵入文物实体。然而，在实际操作中，文物实体表面封护膜虽阻挡了外界有害物质的侵入，但往往导致了文物实体材料孔隙堵塞，失去了物质输送通道的功能，使表面透气性下降。以长期保护效果来看，这势必会造成文物的进一步损坏，尤其是对于特别脆弱的有机质文物，如纸质文物，由于长期埋藏或保存不当使得纸张的木质素、纤维素降解老化，从而导致机械性能下降，文物会出现发黄、糟朽、破损等病害。因此，对于此类文物封护材料的选择必须小心谨慎。李青莲用PVDF封护膜技术对脆弱纸质文物进行封护处理，在经各项模拟老化及污染环境性能检测后，发现由大量无规律交织、重叠而成的PVDF膜，可以使得粒径超过1.3µm的污染物不易通过，如粉尘、霉菌、细小微生物等；而同时由于纤维之间孔隙的存在，使得空气、水汽小分子可以自由进出，这样可以尽可能保证纸张与外界环境的物质能量交换处于平稳状态[18]。
（五）封护膜表面张力
造成文物病害的大部分有害物分子是极性的，首先是被表面吸附，然后通过孔隙渗透入文物实体中。因此，在选择相应的封护试剂时，要求封护膜的表面张力越小越好，这样既可以防止环境中有害物分子在封护膜表面吸附，又可以减少因细小浮尘等颗粒的吸附导致封护膜孔隙堵塞，从而影响文物内部与外界环境物质交换通道的正常运营。在众多有害因素中，水是文物老化劣变的主要因素之一，且又是极性溶剂，因此在文物封护处理中防水封护是多种文物保护的重要内容。从出土文物数量与保存状况来看，有机质文物的机械性能较低，如纺织品、纸张等文物本身脆弱、强度低、耐久性差，同时易受环境中潮湿空气、液态水等引发的微生物腐蚀、霉变病害影响。在此类有机质文物或无机质文物的封护试剂选择上，除考虑传统封护剂以外，还需借鉴材料学中仿生材料的研究成果，将其运用到文物保护中来，其中，超抗浸润材料最具代表。超抗浸润材料是一种对如水、油等表面张力不同的液体表现出不被润湿特性的一类材料的统称[19]。Karapanagiotis等研发了水溶性硅氧烷和纳米SiO2作为丝绸表面封护涂层材料，通过调节SiO2浓度，喷涂后制得的涂层展现出超双疏特性和自清洁功能，能够有效阻止水这种极性溶剂将其他有害物溶解带入文物实体内部。此种封护剂不仅可以用于丝绸的表面处理工作，保留其原本的颜色、花纹等外在特征，而且适用于诸如纸张、皮革等其他文物的表面处理，具有一定的普适性，更重要的是该方法还具备可再处理性。因此，超抗浸润材料在多种文物的保护中具有良好的应用前景[20]。
（六）封护膜的透气性能
一般情况下，不可移动文物的封护应考虑文物实体的“呼吸作用”，其含义是地下水由毛细作用通过文物实体与地面接触的部位进入文物实体后，应能够借助文物实体和封护膜的孔隙溢出，同时环境中的水分子也能够由文物自身的孔隙和封护膜孔隙进入文物实体，使文物实体维持含水率稳定，避免产生较强的湿胀干缩现象，导致内应力集聚，发生应力破坏。特别是露天的大型文物，其底部往往与潮湿土壤接触，一旦封护膜孔隙堵塞，来自土壤的水汽聚集在文物实体材料内部散发不出去，容易造成文物实体的酥粉化。因此，根据文物材质的特性选择适合的封护材料至关重要。目前在石质文物的封护措施中，多采用无机或有机高分子材料，如低粘度的环氧树脂、甲基丙烯酸酯类、有机硅树脂、氟碳树脂等，这些材料都具备良好的粘合性、渗透性、抗水性、透气性、耐老化性等特点。其中，有机硅树脂是一种介于有机高分子和无机材料之间的聚合物，因此具有一般高聚物的抗水性、透气性、透水性。经有机硅树脂处理的石质文物，其毛细管壁由于有机硅氧烷中的硅醇和石质表面上的硅醇发生脱水作用，使水对毛细管的接触角从小于90度而变为大于90度，而原来对水的毛细吸收则变为毛细管压力，形成“倒漏斗形”结构，漏斗大口向内，小口向外，在毛细压力作用下外部的水不能从小口进入石质文物表面。同时，漏斗大口向内因毛细压力而使毛细孔敞开，使文物内部水分可缓慢溢出而减少内部储存，从而起到透水、防水的作用，阻止或减缓环境中水分与文物实体内部水分循环交替导致的风化、酥碱[21]。利用既有烷基又有硅氧键的有机硅树脂对石质文物进行封护，能够取得良好的封护效果。
（七）封护膜耐老化能力与降解产物
封护材料的耐老化能力及降解产物是否会对文物实体材料产生影响，是选取封护材料时所要考虑的问题之一，即封护材料老化失效后，其降解产物是否会对文物实体产生破坏作用，在封护材料研发时所必须考虑的问题。例如封护材料降解产物是否具有酸性或强氧化性，对大多数文物实体是否会有腐蚀作用，尤其是在纸质、丝织品、漆木器等有机质文物上的运用。近年来常用在陶器保护中的改性硅溶胶溶液，其主要成分为硅溶胶、PVAC（聚醋酸乙烯脂）和PVB（聚乙烯醇缩丁醛），在陶器中主要是作为加固剂来使用，因其长链分子中含有众多的官能团，在常压或加压渗透，涂刷于陶、砖瓦类文物时，提高了材料的疏水性、耐老化性；且改性硅溶胶不仅附着力强，还有着良好的抗压抗折性；此外，改性硅溶胶还具有良好分散性及化学稳定性，即便老化，最终产物主要为二氧化硅，与陶器原材料的主成分一致，不会对陶器本体造成破坏。因此，此款改性硅溶胶在陶器的加固、封护保护方面运用广泛[22]。实际上，在文物保护工作中，因文物常常会有多种复合病害，所以常会选择封护剂与加固剂联合使用，甚至封护剂即加固剂，如陶瓷砖瓦类文物中常用的有机硅树脂、聚丙烯酸酯类溶液，它们不仅能在器物表面形成一层无色透明的薄膜起到封护的作用，同时还能够深入文物实体内部达到加固的效果。
（八）封护膜对文物实体内部水盐运移的影响
前文提到依据封护对象的差异，文物封护可分为完全封护和部分封护。完全封护所应用的对象为可移动文物，如青铜器、书画、漆木器等，而部分封护主要针对大型室外文物，如室外大型石刻、壁画、砖雕等，这类文物封护技术的显著特点是与地面接触的部分无法封护。很显然，部分经封护的文物，未封护部位有可能是有害物进入文物实体内部的主要通道。石质文物、建筑壁画等不可移动文物的酥碱病害大多是由此而引发的。事实上，石质文物由于水盐运移而造成的酥碱病害是以水为溶液与岩石发生的水—岩作用[23]。这种作用在各大石窟造像、石刻、建筑构件中经常发生。我们常看到室外石质、砖瓦类文物出现大面积风化病害，正是由于地下水携带着可溶性盐类物质沿裂隙通道渗透至文物实体内部，水分蒸发后，可溶盐从中析出结晶而聚集在文物实体内部缝隙与表面，并逐渐把渗水通道堵塞，使水另辟通道，沿薄弱部位渗出，可溶盐在新的通道中再次析晶，反复析出结晶会产生一定的膨胀应力，使文物出现酥粉、脱落等病害。袁悦利用思诺化工的SINO-2500全氟防护剂（由氟碳树脂、氟硅氧烷等组成的复合材料）涂刷在青砖砌体上，模拟现实中多孔材质文物内部的水盐运移作用，经Zeta电位观察及砌体表面盐结晶观察后，得出经SINO-2500石材防护剂处理过的青砖砌体，具有很强的疏水性，几乎阻挡了溶盐液的入侵，缓解文物实体内部水盐运移的影响，具有很好的封护效果[24]。
四、文物实体封护的特殊案例研究
文物保护封护措施常在铁质文物、青铜器、石质文物、漆木器、壁画等文物的保护实施过程中运用，目的是防止环境中有害物对文物实体的侵害。由于我国文物种类繁多，各文物个体之间存在差异，以及文物本体对技术的制约性等，有可能导致在文物保护技术的实施中出现个性大于共性的情况。例如铁质文物生锈时体积膨胀会引起封护膜层胀裂，使封护膜失去效力。因此，针对不同类别文物的材料性能，应该采取“对症下药”的封护思路。在铁质文物的封护技术中，早期的封护材料主要是微晶石蜡、虫胶、澳大利亚的鱼油基材料等，其中微晶石蜡是在铁质文物封护中较早且广泛使用的材料。但此类材料在长期使用后容易老化、吸附空气中的有害物质，如浮尘等小颗粒物。其次，是有机高分子材料，如硝基清漆、聚乙烯醇缩丁醛、聚氨酯、丙烯酸树脂、聚硅氧烷等多种合成聚合物。但合成聚合物涂层强度和耐候性与后期可再处理性之间存在矛盾，即封护膜越厚，后期去除就越困难[25]。最后，是复合材料，即有机—无机杂化材料，有机—无机杂化材料的有机相和无机相之间，界面面积非常大，界面相互作用强，使原本尖锐清晰的界面变得模糊，微区尺寸通常在纳米量级，甚至有些情况下减少到“分子复合”的水平，因此具有许多优异的性能[26]。齐迎萍、李振兴等利用磷化—封护处理方法对铁质文物进行保护研究并取得良好效果。磷化处理选用主要成分为硝酸锌和磷酸二氢锌的锌系磷化液；采用100克乙醇+1克苯并三氮唑+4克聚乙烯醇缩丁醛作为封护剂，将样品放入配制好的磷化液中放置一夜，然后放入封护液中浸涂，用滤纸吸去多余的液体，自然干燥，再放置一夜。经扫描电镜及X射线衍射分析后发现：磷化膜具有较好的防护性能，磷化处理试样仅在磷化膜的孔隙处发生了腐蚀。磷化膜是多孔膜，封护处理可达到封孔的效果[27]。另外，磷化膜与铁基体以及封护膜，均具有良好的结合强度，提高了整体的防护性能。在文物实体封护中，因使用单一封护剂，封护膜防护能力较差，封护处理试样腐蚀严重，磷化—封护处理成功地解决了铁基体与封护膜交界面处腐蚀产物体积膨胀引起膜层胀裂，使膜层较快地失去保护作用的问题，在因锈蚀而产生体积膨胀的铁质文物封护中有较好的应用效果。
五、结语
封护是文物经过修整、补配等一系列保护措施后最为关键的一步，对日后文物的寿命保存有着重要影响。纵观文物实体封护的发展历程，无论是古人传统朴素的封护理念，还是如今借用高分子材料而展开的封护方法，文物封护中蕴含着许多值得探索的科学问题。本文综合各类文物实体的封护实践研究，从探讨这些科学问题的角度出发，论述了文物实体封护过程中封护材料的可再处理性、封护材料与文物实体材料的匹配性、封护界面环境的动态平衡、封护膜的孔隙尺寸、封护膜表面张力、封护膜的耐老化能力与降解产物、封护膜的透气性能、封护膜对文物实体内部水盐运移的影响及特殊案例研究，并举例论证这一些问题在选择与研发文物实体封护材料中所承载的科学意义。以期在此基础之上，建立相应的文物封护技术评估指标，用以评判封护材料的封护效果，促进文物保护封护领域技术指标的规范与科学发展
