一种考古发掘现场环境屏蔽和控制方法与流程

本发明属于考古发掘现场环境屏蔽和控制方法，具体涉及将可逆有机环境屏蔽材料送入相对密封空间进行封护，实现文物周边环境的屏蔽和控制，减少因环境突变而导致的文物损毁，从而达到文物保护之目的。

背景技术：

文物在地下埋藏了数百乃至上千年，已与埋藏环境达成了良好的物理化学平衡。而考古发掘时，文物从埋藏环境被暴露出来，文物所处的环境会发生变化，与埋藏环境经历了数百年乃至上千年而达成了物理化学平衡被打破，文物周边环境的巨变往往造成文物不可逆的损坏。最典型的例子就是50年代定陵的发掘。这些不可逆的损毁基本是由于文物与外界发生了水交换、氧化、光老化等过程或反应而导致的。目前还未有相应的材料和技术解决这一难题。

根据文物保护的需求和目的可知可逆有机环境屏蔽材料至少需要具有以下三个性质：第一能形成致密的保护膜层。某些脆弱质文物出土后接触外界环境时，其本身就非常脆弱，且容易被氧化、失水或被污染。文物保护的目的是尽可能地让文物的物理化学性质接近最初的埋葬状态。所以形成致密的保护膜层，可以有效避免外界环境中的光、大气、腐蚀性或活性化学物质等直接接触文物，是非常重要的。第二就是这种保护材料需要在室温下自行挥发并且没有残留。因为这种保护层作用是临时性封护，所以需要易于去除以便后续的研究。第三就是材料本身性质稳定，不会与直接与被保护的文物发生反应，导致文物保护的失败。此外，材料和使用工艺还要简便，不污染环境，对人体无害。

薄荷醇、环十二烷等物质在文物的抢救性临时性保护中一直起着重要的作用，其一般的使用方式是熔融后涂抹在需保护的文物表面，待冷却后固化成膜，从而起到封护作用。但是熔融涂抹的方式无法实现下空墓室等密封空间的“先封护，后发掘”。因此我们需要探索一种能够在发掘遗迹前就能够预先对其中文物进行覆盖、隔绝环境从而达到保护的方法。同时本发明设计制备系列可逆有机环境屏蔽材料，发明了一种有机蒸气/气溶胶沉积的方法将保护材料在发掘前送入相对密封空间，实现“先封护，后发掘”，达到保护的目的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种考古发掘现场环境屏蔽和控制方法。该方法可应用在考古发掘现场在发掘之前对文物进行临时性封护，屏蔽外界环境因素影响，以避免发掘前后环境突变对文物造成的破坏。例如可用于在考古发掘现场下空墓室发掘前的临时可逆封护文物保护。

本发明所述考古发掘现场环境屏蔽和控制方法，所述发掘现场具有埋藏文物的相对密封空间，在发掘所述文物前，将可逆有机环境屏蔽材料置于独立于文物设置的、温度可控的容器中，将可逆有机环境屏蔽材料加热熔融，并利用载气气源传输送入所述相对密封空间中，可逆有机环境屏蔽材料接触所述相对密封空间中文物的低温表面后凝结成膜，在文物表面形成致密的保护膜层。该保护膜层可以屏蔽外界环境因素如水、氧气、其他腐蚀性组分对文物的影响。

较佳地，所述相对密封空间为下空墓室。

较佳地，所述可逆有机环境屏蔽材料的加热温度高于其熔点20-30℃，优选为40-80℃。

较佳地，所述载气气源为空气或者氮气，优选地所述载气气源的流速为10-20000ml/min。

较佳地，所述可逆有机环境屏蔽材料接触文物的低温表面后凝结成致密的具有阻水、阻水汽、阻氧气功能的保护膜层。在可选的实施方式中，可逆有机环境屏蔽材料凝结形成非晶态的保护膜层。

较佳地，所述可逆有机环境屏蔽材料加热熔融后呈蒸汽状态，伴随载气气源送入所述相对密封空间。

较佳地，所述可逆有机环境屏蔽材料加热熔融后利用雾化设备将其雾化，优选形成气溶胶形态，伴随载气气源送入所述相对密封空间。

较佳地，所述可逆有机环境屏蔽材料具有升华特性。这样可以轻易在后期常温常压下无残留的去除所谓屏蔽材料，对文物后续研究和保护无影响。

较佳地，所述可逆有机环境屏蔽材料为非水体系。本发明采用纯的有机小分子体系，通过有机蒸气/气溶胶沉积可以在大面积上、快速均匀地生长有机小分子薄膜，同时也能够保持可逆有机环境屏蔽材料的高纯度，从而可以达到较好的屏蔽和封护效果。

所述可逆有机环境屏蔽材料为薄荷醇和莰烯形成的复配物，其中薄荷醇质量分数在85％-95％之间，优选90％；或者所述可逆有机环境屏蔽材料为薄荷醇和乳酸薄荷酯形成的复配物，其中薄荷醇质量分数在85％-95％之间，优选90％。

较佳地，所述可逆有机环境屏蔽材料为环十二烷和莰烯形成的复配物，其中环十二烷质量分数在70％-90％之间，优选80％。

较佳地，在相对密闭空间的另一处，即、远离可逆有机环境屏蔽材料进口一侧，开出气口，以便载气排出。进出口应尽量远离，而且直径在不影响工作的情形下尽量小，以最大程度减小外界环境对相对密封空间的影响。

附图说明

图1是薄荷醇蒸汽冷却后固化形成晶须的图片；

图2是环十二烷：莰烯＝8:2成膜照片；

图3是考古发掘现场环境屏蔽和控制方法的流程示意图；

图4是薄荷醇与莰烯复配物作为可逆有机环境屏蔽材料的实验操作现场图；

图5是薄荷醇与乳酸薄荷酯复配物作为可逆有机环境屏蔽材料的沉积效果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。

本发明针对相对密封空间，开创性地提出“先封护，后发掘”的技术路线，设计制备了系列有机小分子屏蔽材料，发明了一种有机蒸气/气溶胶沉积的技术，采用雾化或蒸汽的方式，在打开相对密封空间前，通过小型的开口向相对密封空间内部引入特定的可逆有机环境屏蔽材料(也可以称为保护材料)，可逆有机环境屏蔽材料在文物遗迹表面形成致密的保护层，隔绝外界水、氧、光等因素的变化，达到保护之目的。而且该材料可以挥发去除，具有极好的可逆性，不影响后续保护和研究工作进行。

以下根据图3的流程示意图具体说明本发明相对密封空间打开前的实现文物临时可逆封护的现场环境屏蔽和控制方法。

首先，在发掘所述文物(所述文物为埋藏在相对密封空间的文物)前，将可逆有机环境屏蔽材料置于独立于文物设置的、温度可控的容器中，将可逆有机环境屏蔽材料加热熔融。所述可逆有机环境屏蔽材料的加热温度可为40-80℃。加热熔融后的可逆有机环境屏蔽材料可形成蒸汽状态或者利用雾化设备形成气溶胶状态。随后，负载环境屏蔽材料蒸汽或者气溶胶的载气气源可通过位于相对密封空间上方的进气口(也可以称为“开口”或者“进口”)进入相对密封空间。所述载气气源可为空气或者氮气。所述载气气源的流速可为10-20000ml/min。所选载气流速可以保证环境屏蔽材料在密封空间内相对均匀分布，又不会因为较强气流破坏文物。

上述温度可控容器的两端可分别与气管连接，一端连接载气气源，另一端连接相对密封空间上方的进气口。然后，通过进气口进入相对密封空间的可逆有机环境屏蔽材料接触相对密封空间内文物表面后凝结成膜，而在文物表面形成致密的保护层。优选地，所述相对密封空间为下空墓室。位于相对密封空间上方的进气口则为下空墓室上方的地上开口，进一步优选地，所述地上开口优选为小型开口。当相对密封空间为下空墓室时，本发明可用于考古现场针对下空墓室发掘前实现环境屏蔽的文物保护方法，并达到在墓室发掘前通过有机蒸气/气溶胶沉积技术将可逆有机环境屏蔽材料送入下空墓室进行封护从而达到文物保护之目的。在一些实施方式中，相对密封空间的另一侧开另一小型开口，作为载气出口，促进屏蔽材料在密封空间内均匀分布，同时平衡密封空间与外界的气压。

在具体实施方式中，当可逆有机环境屏蔽材料加热熔融形成蒸汽状态时，上述实现环境屏蔽和控制的文物保护方法可包括以下步骤：

步骤1，根据需要选择适宜的可逆有机环境屏蔽材料，称取适量的屏蔽材料，倒入洗气瓶中水浴加热至完全熔融。

步骤2，洗气瓶两边分别用气管连接，一头连接载气气源(空气、氮气等)，一头气管通入所要封护的空间中。载气将熔融的可逆有机环境屏蔽材料的蒸汽带入上述密闭空间。

步骤3，可逆有机环境屏蔽材料蒸汽在相对密闭空间因温度下降而在空间内壁沉积。

在具体实施方式中，当可逆有机环境屏蔽材料加热熔融后，当利用雾化设备将加热熔融的可逆有机环境屏蔽材料形成气溶胶状态时，上述实现环境屏蔽和控制的文物保护方法可包括以下步骤：

步骤1，根据需要选择适宜的可逆有机环境屏蔽材料。称取适量的可逆有机环境屏蔽材料，加热完全熔融后，倒入原料储罐。

步骤2，喷枪连接气源(空气、氮气等)，高压气体将熔融的液态可逆有机环境屏蔽材料雾化成0.1-100微米的小液珠，从而形成气溶胶的形态，随同气体一起从喷枪喷头喷出。

步骤3，喷出后的气溶胶通过气管通入所要封护的空间中。气溶胶因降温固化，在空间内壁沉积。

前期研究发现薄荷醇、环十二烷等材料在雾化或蒸汽形态下转化成固体时，形成晶须(例如图1)，难以形成致密的膜，无法达到环境屏蔽的保护目的。因此本发明重新设计制备相应的材料体系，使得可逆有机环境屏蔽材料接触墓室内文物的低温表面后凝结为非晶玻璃态固体、或抑制晶须的一维生长，促使材料在平面二维生长，从而形成致密膜。一些实施方式中，所述可逆有机环境屏蔽材料可为薄荷醇和莰烯的复配物，其中薄荷醇质量分数在85％-95％之间，优选薄荷醇：莰烯以质量比9:1形成的复配物。另一些实施方式中，所述可逆有机环境屏蔽材料可为薄荷醇和乳酸薄荷酯形成的复配物，其中薄荷醇质量分数在85％-95％之间，优选薄荷醇：乳酸薄荷酯以质量比9:1形成的复配物。另外，所述可逆有机环境屏蔽材料可为环十二烷和莰烯形成的复配物，其中环十二烷质量分数在70％-90％之间，优选环十二烷：莰烯以质量比8:2形成的复配物。

本发明考古发掘现场环境屏蔽和控制方法，尤其是针对下空墓室发掘前的对文物周边环境屏蔽和控制的保护方法，利用具有挥发性的无毒有机小分子固体材料，令其以气态或气溶胶的形式由相对密闭空间上的小规模开口(例如地上开口)进入相对密闭空间(例如地下遗址)内，接触文物低温的表面后发生凝结成膜，达到保护的作用。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.现有技术无法解决考古发掘时环境突变对文物造成的损毁。本发明所提出的有机蒸气/气溶胶沉积技术可以对相对密闭空间(例如地下墓室)及其中文物进行临时性的封护，屏蔽外界环境因素的影响，实现“先封护再发掘”，减少环境突变对文物的冲击，从而达到文物保护之目的。

2.有机蒸气/气溶胶沉积技术是一种基于气态或气凝胶形态的成膜方式，具有较强的可控性，适用范围广，影响因素少，成膜条件温和，无需贵重特殊设备，过程简便，易于与放大和推广。同时，相对密闭空间(例如地下墓室)中的文物往往是不规则的形状，有机蒸气/气溶胶沉积技术使整个空间都充满屏蔽材料蒸气或气凝胶，可以完美地解决这一问题。

3.本发明提出采用有机蒸气/气溶胶沉积技术可以使可逆有机环境屏蔽材料在文物表面形成致密的保护膜层，阻止外界环境中水分、空气、腐蚀性物质进入文物内部，防止环境变化对文物造成损害。

4.本发明开发的可逆有机环境屏蔽材料具有可升华性，在发掘后可以轻易无残留去除，具有良好的可逆性。

下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

本发明的优选实施例详述如下：

实施例1

薄荷醇与莰烯蒸汽形态实例

选用薄荷醇：莰烯＝9:1复配类型。称取总质量为30g。

如图4所示，锥形瓶底部贴上ph试纸，将30g薄荷醇：莰烯＝9:1复配物倒入洗气瓶中，80℃水浴熔化。洗气瓶两边分别用气管连接，一头连接空气压缩机，气压为0.2bar；一头气管通入锥形瓶中。

通气30分钟后，结果发现锥形瓶内部沉积了一层薄荷醇：莰烯＝9:1的可逆有机环境屏蔽材料膜，用5％的盐酸溶液滴在ph试纸时，ph试纸不变色，证实采用有机蒸气沉积方式可以起到良好的环境屏蔽效果。

实施例2

薄荷醇与乳酸薄荷酯气溶胶实例

选用的是质量比薄荷醇：乳酸薄荷酯＝9:1复配类型。称取总质量为400g。

将空桶模拟墓室空腔，在桶盖上开两个半径约两厘米的孔，一个用作可逆有机环境屏蔽材料气溶胶进口，一个用作载气出口，使空腔与外界气压平衡，有利于气溶胶在空间内的均匀分布和沉积。在桶内贴上水墨画、纱布，或者放入陶俑、石头、琉璃、玻璃等物品，模拟墓室中的各种文物。微型摄像头放入桶中进行拍摄，观察实验进行中桶内的雾化效果与雾化情况。同时用氮气作为载气气源，持续通气直至通入屏蔽材料达到1000克/每平米后，停止通气。

结果显示在桶底模拟文物样品表面，环境屏蔽材料形成了致密的保护膜，桶壁均能被雾化的物料铺满(如图5所示)。为促进环境屏蔽材料在密封空间内的均匀分布，在远离进口出可开一小型开口作为载气出口，该出口远离进口。证实有机气溶胶沉积可以获得致密的保护涂层，达到理想的环境屏蔽保护效果。

实施例3

薄荷醇与乳酸薄荷酯蒸汽实例

选用质量比薄荷醇：乳酸薄荷酯＝9:1作为可逆有机环境屏蔽材料。取总质量30g倒入烧杯中。水浴加热至熔融完全，摇荡烧杯使融液混合均匀。

锥形瓶底部贴上ph试纸，将30g薄荷醇：乳酸薄荷酯＝9:1复配物倒入洗气瓶中，80℃水浴熔化。洗气瓶两边分别用气管连接，一头连接空气压缩机，气压为0.2bar；一头气管通入锥形瓶中。

通气30分钟后，结果发现锥形瓶内部沉积了一层薄荷醇：乳酸薄荷酯＝9:1的可逆有机环境屏蔽材料膜，用5％的盐酸溶液滴在ph试纸时，ph试纸不变色，证实采用有机蒸气沉积方式可以起到良好的环境屏蔽效果。