紙質(zhì)文物老化過程中的溫濕度控制

徐棟

摘 要：紙質(zhì)文物老化對紙質(zhì)文物的病害形成有重要影響，溫濕度在老化過程中起著重要的作用，不適宜的溫濕度環(huán)境會(huì)加速紙質(zhì)文物的老化，誘發(fā)紙質(zhì)文物病害的發(fā)生，降低紙質(zhì)文物的保存年限。文章通過探究溫濕度對紙質(zhì)文物老化過程中的影響，闡述適宜溫濕度對紙質(zhì)文物保存的重要性。

關(guān)鍵詞：紙質(zhì)文物；老化；溫濕度

紙質(zhì)文物是指收藏機(jī)構(gòu)所收藏的、由紙和寫印色料所構(gòu)成的文物，包括傳統(tǒng)書畫作品、古籍、文獻(xiàn)檔案等。紙質(zhì)文物由于存世時(shí)間較長，都存在不同程度的老化問題。紙質(zhì)文物老化后，往往以不同形式的病害表現(xiàn)出來，嚴(yán)重影響文物的安全。紙質(zhì)文物保護(hù)始終是館藏文物保護(hù)中的難點(diǎn)之一。溫度、濕度、光照、酸堿度均會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)的速率，其中溫濕度在紙張老化反應(yīng)中起到更為關(guān)鍵的作用。

1 紙張的構(gòu)成及病害生成機(jī)理

紙張是由隨機(jī)散亂的纖維排列而成，是具有一定結(jié)合力、多相、非均質(zhì)、多孔的網(wǎng)狀有機(jī)材料。其基本組成成分為纖維素（C6H10O5）n，含有少量半纖維素、木質(zhì)素。紙質(zhì)文物病害發(fā)生時(shí)，直觀上表現(xiàn)為紙張強(qiáng)度下降、發(fā)黃、變脆乃至斷裂，本質(zhì)上是紙張的組成成分發(fā)生了化學(xué)變化。

纖維素是紙張組成的最主要成分，它是由葡萄糖組成的大分子多糖，不溶于水及一般有機(jī)溶劑，主要來源于植物的細(xì)胞壁。纖維素的每個(gè)分子單元上有三個(gè)羥基，它們具有很好的親水性，且有膨潤性，但不溶于水，它在紙張性能中起主導(dǎo)作用。纖維素的分子結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在一定的條件，纖維素就會(huì)發(fā)生水解、氧化反應(yīng)。水解、氧化反應(yīng)使纖維素長鏈逐漸變短，纖維素鏈的長短對紙張強(qiáng)度起至關(guān)重要的作用，纖維素鏈越長，聚合度越高，紙張強(qiáng)度越大。紙張的纖維素聚合度一般都在1000以上，當(dāng)聚合度降至200時(shí)，紙張就嚴(yán)重脆化，紙質(zhì)文物進(jìn)入高危狀態(tài)[1]。在實(shí)驗(yàn)室條件下，可以根據(jù)紙張聚合度特性，用銅乙二胺粘度法判斷紙張老化程度，反應(yīng)原理如下（en代表乙二胺分子NH2CH2CH2NH2）：

2C6H10O5+2[Cu（en）2]（OH）2→[（C6H8O5）2Cu][Cu（en）2]+2（en）+4H2O

半纖維素是植物中與纖維素共存的多糖結(jié)構(gòu)，由多種物質(zhì)組成，主要包括木糖（C5H10O5）、甘露糖（C6H12O6）、阿拉伯糖（C5H10O5）等。半纖維素中的羥基比纖維素中的羥基更具有游離性，因而半纖維素的吸水、膨潤性大于纖維素。適量的半纖維素能提高紙張的柔韌性和紙張強(qiáng)度，但半纖維素含量過高會(huì)導(dǎo)致紙張易吸水變形，使紙張穩(wěn)定性變差。

木質(zhì)素是由香豆醇、松柏醇、芥子醇等物質(zhì)組成的一種復(fù)雜酚類聚合物，通過C-O、C-C鍵鏈接的立體網(wǎng)狀分子。在分子結(jié)構(gòu)上含有多種活性官能團(tuán)，化學(xué)性質(zhì)極其活潑，活性官能團(tuán)中的羰基（-C=O-）及其共軛雙鍵結(jié)構(gòu)的生色基團(tuán)及助色基團(tuán)氧化降解，會(huì)生成多種有色混合物，使得紙張發(fā)黃。

2 溫濕度對紙張老化的影響

2.1 溫度對紙張老化的影響

溫度是化學(xué)反應(yīng)速率的重要影響因素。溫度越高化學(xué)反應(yīng)速率就越快，溫度每升高5℃紙張降解反應(yīng)速率就會(huì)增加兩倍[2]。纖維素、木質(zhì)素等在高溫下，化學(xué)反應(yīng)速率加快，分子結(jié)構(gòu)破壞更為劇烈，表現(xiàn)為紙張加速發(fā)黃，強(qiáng)度、耐折度韌性、彈性變差[3]。同時(shí)，各種微生物的代謝活動(dòng)也會(huì)增強(qiáng)，大量繁殖會(huì)消耗紙張中的養(yǎng)分，其代謝產(chǎn)物會(huì)加速紙張的老化。

當(dāng)然，溫度也不是越低越好。首先，館藏紙質(zhì)文物還有展覽需求，過低的保存溫度往往不切實(shí)際。其次，溫度過低時(shí)，空氣中的濕度下降，導(dǎo)致紙張僵化發(fā)脆，失去其原有的韌性與活力。并且脆化的紙質(zhì)文物容易斷裂掉渣，甚至碎掉，會(huì)導(dǎo)致無法修補(bǔ)而造成永久性的破壞。極端的低溫甚至結(jié)冰會(huì)快速破壞紙張的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并造成其他次生危害。

一般來說，紙質(zhì)文物的適宜保存溫度為18～22℃，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，紙張的老化速度能夠得到有效控制[4]。總之，紙質(zhì)文物保存環(huán)境的溫度必須保持在一定范圍內(nèi)，且避免溫度的快速波動(dòng)[5]，這樣才能有效控制紙張的老化速度。

2.2 濕度對紙張老化的影響

高濕環(huán)境下，紙張內(nèi)的纖維素會(huì)水解老化，紙張的機(jī)械強(qiáng)度降低，容易產(chǎn)生紙張的粘連、印刷字跡模糊甚至缺失的情況，不利于紙質(zhì)文物的保存。同時(shí)，潮濕的環(huán)境容易滋生細(xì)菌，紙張的含水量增加，附著在紙張上的微生物更容易繁殖，導(dǎo)致紙張發(fā)霉、長毛、變色。微生物分泌的酸性物質(zhì)還會(huì)進(jìn)一步加快紙張的老化速度。因此，過高的濕度對紙質(zhì)文物保存非常不利，特別是與溫度條件一起作用的時(shí)候，對紙張的破壞性是致命的。所以，高濕度環(huán)境對紙質(zhì)文物的老化影響非常大。

在低濕環(huán)境下，紙張中的水分易過度蒸發(fā)，不能保持正常的含水量，會(huì)導(dǎo)致纖維素內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞，使紙張中的纖維素變脆、變硬、機(jī)械強(qiáng)度下降，使紙張加速老化。長期作用下，紙質(zhì)差的一些材料就會(huì)粉末化。因此，過分干燥也不利于紙質(zhì)文物的長期保存。

紙質(zhì)文物的濕度一般在45%～55%之間，保證濕度不要太高以免引起紙張的發(fā)霉降解，也不能太低，太低會(huì)降低紙張的韌性。同時(shí)要保證濕度的相對恒定，避免濕度大幅波動(dòng)，避免對紙張?jiān)斐善茐?，而加劇紙張的老化[6]。

2.3 溫濕度的交互影響紙質(zhì)文物的老化

在實(shí)際情況下，溫濕度雖然相互獨(dú)立，但又不可割裂開來。溫度的變化會(huì)引起飽和濕度的相應(yīng)變化，飽和濕度的變化又會(huì)引起相對濕度的變化，相對濕度又影響著紙質(zhì)文物的含水率。因此，在控制紙質(zhì)文物老化的過程中，要對溫濕度進(jìn)行統(tǒng)籌控制，要根據(jù)紙質(zhì)文物的實(shí)際情況，科學(xué)設(shè)定溫濕度（圖2）。

3 紙張老化速率控制的措施

3.1 更加穩(wěn)定相對溫和的溫濕度

紙質(zhì)文物除了長期保存的需求外，還有定期展覽、流動(dòng)的需求。不能一味要求嚴(yán)苛的保存條件，還要兼顧在不同場合下，溫濕度有不同變化的實(shí)際情況。在紙質(zhì)文物適宜的溫濕度下，應(yīng)結(jié)合本地氣候特征和文物的實(shí)際情況，制訂相對溫和且容易保持的溫濕度環(huán)境，并同時(shí)避免溫濕度的頻繁變化。

3.2 溫濕度的主動(dòng)監(jiān)控及干預(yù)

建立預(yù)防性保護(hù)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控紙質(zhì)文物的保存環(huán)境的溫濕度狀態(tài)。根據(jù)監(jiān)控的特征指標(biāo)，在老化反應(yīng)速率尚未加快之前，及時(shí)主動(dòng)地干預(yù)，控制惡化態(tài)勢。對大量館藏紙質(zhì)文物進(jìn)行分類，根據(jù)紙張制作原料、工藝、老化方式的不同，針對性制訂保護(hù)方案。有必要的應(yīng)進(jìn)行保護(hù)修復(fù)處理，來阻斷紙質(zhì)文物老化的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。

總之，紙質(zhì)文物的老化反應(yīng)雖然不可逆轉(zhuǎn)，但是可以通過有效調(diào)控、主動(dòng)干預(yù)降低老化反應(yīng)速率。要結(jié)合紙質(zhì)文物本身特征及保存環(huán)境的實(shí)際情況，進(jìn)行有效合理的控制，以達(dá)到紙質(zhì)文物更好的保護(hù)效果，實(shí)現(xiàn)對紙質(zhì)文物長久保存的目的。

參考文獻(xiàn)

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