古建筑彩画具有保护木构件、装饰和彰显建筑物等级等功能，是我国古代绘画工艺和材料的实物证据，具有很高的历史、艺术、科学和社会价值。伴随着历史变迁，暴露于室外环境的彩画易受环境因素影响而产生龟裂、起翘等结构性病害，甚至威胁木构件本身。为有效防治彩画结构性病害，北京科技大学科技史与文化遗产研究院联合故宫博物院，聚焦于彩画地仗层传统粘接材料油满，开展材料改性评估和彩画结构性病害防治研究。本研究以静态热机械分析-湿度控制模块联用技术（TMA-MHG）为核心技术，首次采用热、湿膨胀系数作为改性油满性能评价指标，为古建筑彩画的结构性病害防治提供新的研究方法。研究成果以Study on the modification of You-Man as the traditional adhesive material for the ground layer in polychrome painting of ancient chinese architecture为题，于2025年10月在线发表于国际权威期刊Construction and Building Materials（Q1，Top Journal，IF₂₀₂₄=8.0）。

图1 明清官式建筑油饰彩画的结构和传统油满在其中的应用

官式建筑彩画的地仗层由油满、砖灰和血料按不同比例混合而成，其中油满作为主要的粘结材料。传统油满由熟桐油、面粉和石灰水调制而成，是地仗层的重要组成部分，因符合文物保护相容性原则、具有良好的粘结性和可操作性等优点，被广泛用于古建彩画结构性病害的修复。然而，传统油满存在明显的缺点：干燥周期较长，影响施工效率；耐候性较差，易老化并引发新的结构性病害，导致修复频繁，甚至危及底层木构件的安全。

本研究利用甲苯二异氰酸酯、二氧化硅、膨润土等改性材料，对传统油满的干燥时间和耐候性进行改良。干燥时间方面，利用异氰酸酯与水分子、羟基等活泼氢生成胺和氨基甲酸酯的反应过程，加速石灰水消耗的同时促进桐油分子间、桐油与淀粉分子间的交联，从而加快油满体系的整体固化干燥过程。耐候性方面，通过填充油满孔隙以降低其膨胀性能，减小其与木构件间的膨胀系数差异，缓解层间应力，进而减少结构性病害的发生。

过往研究虽已认识到膨胀系数差异引起的层间应力会导致彩画结构性病害这一重要机制，但一直尚未建立量化的研究方法。本研究引入高分子材料领域常用的膨胀系数测试方法，通过静态热机械分析和湿度控制模块联用技术（TMA-MHG），首次成功建立了能够兼顾测试油满热、湿膨胀系数的新方法。该方法通过更换温度和相对湿度控制模块，能够定量、精准地测试油满在改性过程中的热、湿膨胀系数变化。在此基础上，结合扫描电子显微镜、动态水蒸气吸附等多种手段，进一步评估了油满的改性效果。

图2 TMA-MHG测试油满热、湿膨胀系数过程示意图

表1 改性油满的热、湿膨胀系数测试结果

图3 改性油满的SEM图像

结果表明，本研究所研制的改性油满干燥时间相较传统油满缩短75.00%，热膨胀系数和湿膨胀系数分别减小48.69%和51.79%，吸湿性降低42.25%，对油满的力学性能、附着力、粘接强度等则无明显影响。温度循环老化实验和温湿度循环老化实验进一步证实，降低油满的热、湿膨胀系数可有效减弱温、湿度变化时油满的体积膨胀和与木构件之间的层间应力，有效防止了结构性病害的产生。

图4 改性油满在加速老化实验前后的照片和显微图像

图5 改良油满在故宫博物院彩画保护修复工程中的应用

本研究所研制的改性油满在故宫博物院古建筑彩画的保护修复工程中得到初步实际应用。经过两年的时间，使用改性油满修复的彩画没有产生新的结构性病害，证实了该材料在彩画结构性病害防治中的效果。

本研究为“十三五”国家重点研发计划“明清官式建筑营造技艺科学认知与本体保护关键技术研究与示范”（2020YFC1522400）研究成果。

文章信息：

Zhang W., Han X.^*, Guo H.^*, Cao Z., Study on the modification of You-Man as the traditional adhesive material for the ground layer in polychrome painting of ancient Chinese architecture. Construction and Building Materials 2025, 496, 143831.

链接：

https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2025.143831

作者简介：

章文杰，北京科技大学科技史与文化遗产研究院，博士研究生

韩向娜，北京科技大学科技史与文化遗产研究院，教授（通讯作者）

郭宏，北京科技大学科技史与文化遗产研究院，教授（通讯作者）

曹振伟，故宫博物院，研究馆员