综述：水和湿度对油画涂层的影响：吸收机制、膨胀过程以及对化学稳定性和机械稳定性的影响

《Progress in Organic Coatings》：Influence of water and humidity on oil paint layers: Mechanisms of uptake, swelling, and consequences for chemical and mechanical stability

水对历史油画的影响及其对保存的挑战，综述了实验室模拟中湿度循环、浸水和表面接触对颜料层的影响，指出水在涂层中形成不同分布形态（紧密结合水、纳米级簇合物、孔隙中可移动水），这些形态影响水分运输和化学反应，导致膨胀、扩散及化学变化，进而影响机械和光学性能。研究强调水对油画稳定性的重要性，需结合材料结构和环境管理优化保护策略。

　　

L. Cutard|B. Boracchi|F. Mederos-Henry|V. Gonzalez|L. de Viguerie

分子与结构考古学实验室（LAMS），索邦大学，法国国家科学研究中心（CNRS），UMR8220，Jussieu广场4号，75005，巴黎，法国

摘要

历史绘画是复杂的多层动态系统，其稳定性受到环境条件的强烈影响。近年来，人们越来越关注水对油画的影响，这可能是由于突发事件、湿度控制不当或保护处理过程中的干预所致。本文综述了这一领域的最新研究，主要基于在实验室中对模型进行的控制实验，如湿度循环、浸泡或表面接触等。颜料成分、聚合状态和层状结构等因素决定了水分侵入时的膨胀、扩散和化学变化程度。研究表明，油漆中的水并不表现为单一均匀相，而是分布在不同的群体中，包括紧密结合的水分子、纳米级团簇以及存在于微孔或大孔中的更活跃的分子。这些不同群体在油漆基质中的水分传输和反应性中起着关键作用。我们讨论了水分吸收和传输的机制及其对油漆化学和机械完整性的影响。通过整合最新研究成果，本文为该领域的进一步研究奠定了基础，并指出了当前存在的空白及新的研究方向。

引言

画架绘画是复杂的多层系统，对环境条件特别敏感。相对湿度（RH）和温度的变化会导致诸如机械应力、开裂或分层等退化现象。鉴于此，保持稳定的温度和湿度水平至关重要。

Stefan Michalski在其具有影响力的综述《文化遗产收藏的气候指南》[1]中回顾了一个世纪以来气候建议的发展历程，强调了影响预防性保护的辩论、错误和科学进展。早期的指南往往更多受到早期暖通空调（HVAC）系统局限性的影响，而非材料本身的需求。1908年起，波士顿美术博物馆和伦敦国家美术馆率先安装了气候控制装置，逐渐形成了广泛采用的“60% RH / 60°F”规则。尽管这一共识最早在20世纪30年代提出，并在40年代得到广泛应用，但它更多基于技术便利性而非科学依据 ([2], [3], [4])。

从20世纪40年代开始，标准和研究越来越多地考虑材料的特定敏感性及气候波动的影响。1964年，Buck等人提出了45%至65%的适宜湿度范围 [5]；而Lafontaine等人在80年代的研究则指出了温度和湿度突然变化带来的风险 [6]。这些发现为基于风险的气候策略奠定了基础，例如ASHRAE分类系统（1999年）将气候控制分为五个等级——AA、A、B、C和D，反映了机械风险的连续性而非绝对阈值 [7]。每个等级描述了不同类型物品的潜在风险，特别关注易开裂、剥落和起泡的涂漆表面。这一等级系统在1999年至2019年的所有版本中均得到保留 ([8], [9])。

基于这一历史视角，Dalla Mora等人（2025年）回顾了室内微气候的国际标准和指南 [10]。他们区分了两种主要方法：一种是基于早期暖通空调理念的固定值或规定性标准（如UNI 10829 [11]、PAS 198 [12]）；另一种是适应“历史微气候”概念的标准，根据物品实际适应的条件来设定适宜范围（如EN 15757 [13]、ASHRAE 2019 [8]）。后一种方法体现了Michalski所强调的概念转变：不再追求抽象的理想湿度条件，而是以长期监测和情境评估为依据。

“历史气候”概念不仅提供了理论框架，还为平衡保护需求与能源可持续性提供了实用工具。博物馆越来越多地采用灵活的环境策略来兼顾保护与能源效率。然而，控制不严格的气候可能会对画架绘画等敏感物品造成长期风险。气候变化加剧了这一挑战，导致湿度及温度的突然波动，极端事件（如洪水）的频率增加。一个典型的例子是2016年法国蒙塔吉斯Girodet博物馆的洪水事件，附近的大坝倒塌后，超过180幅画作被淹没三天。其中69件作品被转移到法国博物馆研究与修复中心（C2RMF）进行修复，许多作品出现了膨胀、收缩、撕裂和油漆层间附着力丧失的问题 [14]。

了解水分在油漆层中的渗透及其后续行为对于预防性和干预性保护至关重要，尤其是在保护协议中越来越多地使用水基清洁方法的情况下。这些方法已广泛应用于去除画作表面的污垢。过去二十年里，人们投入了大量精力开发水/有机溶剂混合物，通常以含有表面活性剂和螯合剂的微乳液或水基凝胶的形式，用于控制性地去除之前的清漆层或油漆层 ([15], [16], [17], [18])。这些系统正逐渐取代纯有机溶剂，主要是因为它们毒性更低、对环境的影响更小且更具成本效益。因此，水和湿度对油漆层化学和物理化学性质的影响成为文化遗产保护领域的研究重点，相关出版物也日益增多。

水可以渗透油漆层，导致成分膨胀，并可能引起不可逆的机械或化学变化，尤其是在老化且层状结构复杂的油漆中。Baij等人在关于溶剂对油画影响的综述中，清晰地阐述了溶剂在油漆层中的传输和相互作用机制，包括溶解性、膨胀、蒸发、保留以及化学诱导的反应性，这些过程都高度依赖于油漆的结构和成分 [19]。与有机溶剂不同，由于油画的疏水性，水在油画层中的扩散程度有限。因此，关于湿度引起的油漆机械响应的研究主要集中在更亲水的制备层和支撑材料上。水渗透到油画层中的程度通常低于底层基材。尽管如此，这种有限的吸收仍可能引起老化复杂系统的膨胀和化学变化。

从化学角度来看，油画由分散在干性油中的颜料组成，有时还会添加其他添加剂或粘合剂。干性油（如亚麻籽油、坚果油或罂粟油）含有饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸的混合物。其中的多不饱和脂肪酸使其在空气中能够干燥。油漆层通过氧化和自由基交联的复杂过程干燥，最终形成离子聚合物网络，其聚合状态取决于油漆的年龄、配方和环境 ([20], [21], [22], [23])。颜料（无论是无机颜料[主要释放金属离子]还是有机颜料[通常基于有机染料]）在油漆聚合过程中起着关键作用，极大地影响了油漆的防水性能。

本文旨在梳理过去和当前关于水对历史绘画影响的研究，重点关注油画层。大多数研究使用实验室模型而非真实历史绘画，主要采用两种暴露方式：（1）在气候箱或饱和盐干燥器中暴露于不同湿度水平的样本；（2）浸泡或表面接触水的样本。虽然环境湿度会影响油漆的应用前流变性能 [24] 并可能导致颜料变化，但本研究重点关注油漆层的机械和化学变化，特别是由水分膨胀和扩散引起的变化（图1）。

节选内容

膨胀、水分吸附与扩散

在研究水对油漆层膨胀影响之前，研究主要集中在不同有机溶剂对这些系统的影响上。20世纪30至50年代的研究主要基于两种膨胀测量方法：一种是测量暴露前后油漆层尺寸的变化（平面或厚度）；另一种是测量样品的质量增减 [25]。

Phenix和Sutherland在《清洁》一文中探讨了这一主题

水解与氧化过程

水在油画层的化学稳定性中起着核心作用，影响水解和氧化反应。它不仅影响长期老化过程，还影响早期固化阶段，这两个过程涉及类似的化学反应。在食品科学领域，已知水既能稳定也能破坏氧化过程中形成的中间体，尤其是氢过氧化物。

湿度对油漆层机械性能的影响

如前文所述，水分的吸收和扩散会导致油漆层的化学变化，进而影响其光学和机械性能，有时会导致严重退化，如开裂、分层或其他机械损伤现象。多个研究团队使用多种技术研究了艺术家所用油漆的机械性能，以更好地理解这些系统的变形反应

结论

水对油画的影响已成为一个重要的研究课题，对预防性和干预性保护都具有重大意义。早期的研究主要集中在油漆层对水分的机械响应上，特别是膨胀和尺寸变化，从而确立了油画对水分的敏感性。最近的研究逐渐转向对油漆结构和反应性的更全面理解。

作者贡献声明

L. Cutard：撰写——初稿，研究。B. Boracchi：撰写——审稿与编辑，研究。F. Mederos-Henry：撰写——审稿与编辑。V. Gonzalez：撰写——审稿与编辑。L. de Viguerie：撰写——审稿与编辑，监督工作，资金获取，概念构思。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

该项目由索邦大学资助。作者还感谢A.L. Rollet在核磁共振松弛度测量方面的宝贵讨论。