字畫裝裱用的納米改性漿糊制備及性能研究

陳 琳，楊惠珺

(1.咸陽師范學院,陜西咸陽 712000； 2.西安科技大學，陜西 西安 710054)

書法和繪畫藝術(shù)是我國古代精神文明的傳承，是古人智慧的結(jié)晶，我們可以通過這些作品，對當時的文化特征進行研究。一般來說，書畫的主要材料多為紙質(zhì)，在流傳的過程中，很容易因保存不當出現(xiàn)老化，破損的問題，因此需要對這些紙質(zhì)書畫進行裝裱修復。漿糊因其無毒無害，可反復裝裱的特性，常用于字畫的修復與裝裱。但漿糊的主材料為面粉，受其原材料的影響，漿糊在使用的過程中可能發(fā)酵，用漿糊修復裝裱的字畫，易出現(xiàn)霉菌腐蝕，發(fā)酸造成紙張自毀，發(fā)黃的現(xiàn)象。為尋找一種適合裝裱的復合材料，部分學者進行了很多研究，如從氧化交聯(lián)枝接改性3個方面對淀粉基膠粘劑進行改性，提高了膠粘劑的耐水性，但淀粉基膠粘劑剝離強度降低，無法滿足紙質(zhì)字畫反復裝裱的要求。研究了不同配比添加劑對紙質(zhì)文物用膠粘劑的影響，結(jié)果表明，當添加劑為0.5～2 g時，膠粘劑在有光條件下的防霉效果較好。但紙質(zhì)字畫的保存環(huán)境一般為無關(guān)庫房，因此還需要對膠粘劑進行進一步改性。還有研究表明，納米粒子對微生物的活動有較強的抑制作用。基于此，本文結(jié)合以上研究，將納米粒子替代明礬，增強復合材料的裝裱性能。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

主要材料：面粉(II級，眾鑫達化工)、氯化鉀(CP,鴻鑫圓化工)、氧化鋅粉末(納米級，恒納新材料)、碳酸氫鈉粉末(CP，東碩環(huán)保濾材)、明礬(CP，百耀化工)。

主要設(shè)備：ME204型電子天平(貝登醫(yī)療)、JP-120ST型超聲波清洗機(潔盟清洗設(shè)備)、LRH-150-ZD型密封培養(yǎng)箱(坤權(quán)生物科技)、GVO-080型電熱鼓風干燥箱(宏闊試驗設(shè)備)、TG18K型高速離心機(舜制儀器制造)、UV燈管(260 W，益松環(huán)保設(shè)備)。

1.2 實驗方法

依據(jù)傳統(tǒng)漿糊配比制作漿糊，具體過程：

(1)用ME204型天子天平精準稱取50 g面粉放入燒杯中，加入130 mL水，攪拌均勻，得到無添加劑漿糊；

(2)將1 g明礬加入無添加漿糊中，攪拌均勻，得到明礬漿糊；

(3)將1 g納米ZnO置于JP-120ST型超聲波清洗機中超聲振蕩0.5 h，然后放入無添加漿糊中，得到納米ZnO漿糊;

(4)將100 mL蒸餾水放入制備好的漿糊中，調(diào)制成均勻漿糊液，分別涂刷至尺寸為8 cm×8 cm的宣紙上。經(jīng)測試，加入100 mL蒸餾水的均勻漿糊液與裝裱用漿糊濃度基本一致。

1.3 性能測試

抗菌測試

為模擬紙質(zhì)字畫無光、密閉的保存環(huán)境，將刷有漿糊的宣紙置于裝有氯化鉀飽和鹽水體系的LRH-150-ZD型密封培養(yǎng)箱內(nèi)，培養(yǎng)箱內(nèi)濕度約為85%。將密封箱置于GVO-080型電熱鼓風干燥箱內(nèi)恒溫放置，放置溫度和時間分別為40 ℃和10 d，取出樣品觀察霉菌菌落生產(chǎn)情況，添加劑抗菌性能的評價指標為霉菌菌落生長面積。

酸堿度測試

為更好的保護字畫文物，需要進一步對漿糊酸堿度進行調(diào)節(jié)，中和漿糊的酸性，避免紙質(zhì)字畫因酸性影響出現(xiàn)“自毀”現(xiàn)象。為避免在制作漿糊的過程中，水分蒸發(fā)造成固液相混合不均勻，使裝訂的紙張表面起殼。在漿糊制作完成后，需要經(jīng)過8 h浸泡，調(diào)節(jié)其固液平衡。另外，漿糊主要成分是面粉，在放置的過程中可能出現(xiàn)發(fā)酵的現(xiàn)象，發(fā)酵后的漿糊有異味、黏度下降、顏色發(fā)黃的問題，因此漿糊的最佳的使用時間為制作出來的8～32 h，即本研究測定pH值的時間為8～32 h。

本研究分別設(shè)置添加劑添加量為0.5 g和1 g的漿糊進行試驗，確定添加劑量后，在納米ZnO漿糊中分別添加0.5、1g的NaHCO，測試其pH值變化。具體過程為：宣紙樣品放置1 d后，剪碎溶解于蒸餾水中，置于JP、120ST型超聲波清洗機中超聲振蕩60 min，然后置于TG18K型高速離心機中離心振蕩，取清液測定其pH值，振蕩轉(zhuǎn)速和時間分別為3 000 r/min和5 min。

老化性能測試

老化性能測試主要分為測試組和老化組。具體過程為:

(1)在電熱鼓風干燥箱內(nèi)放置涂抹漿糊的宣紙，在溫度120 ℃的條件下熱老化10 d；

(2)將均勻涂抹漿糊的宣紙置于260 WUV燈管下進行光老化過程，光老化時間為20 d；

(3)斜向裁取寬為2 cm老化前后寬的紙條，進行耐折度測試；

(4)測試老化前后樣品色度變化。色度變化由、、色度體系進行表征，、、度體系色度坐標如圖1所示。

圖1 L、a、b度體系色度坐標

2 結(jié)果與討論

2.1 漿糊抗菌性能改性測試結(jié)果

圖2為改性前后漿糊霉菌生長情況。

圖2 漿糊霉菌生長面積百分比

由圖2可以發(fā)現(xiàn)，納米ZnO漿糊表面幾乎沒有霉菌出現(xiàn)，此處考慮為金屬殺菌發(fā)揮作用所致。一般情況下，紙質(zhì)字畫保存環(huán)境為無光庫房，納米ZnO發(fā)揮較好的抗菌效果； 在有光條件下，納米材料的光催化抑菌同步發(fā)揮效果，進一步提高了其抗菌性能。這就證明了納米ZnO漿糊用于紙質(zhì)書畫裝裱和修復時，抗菌性能明顯優(yōu)于明礬漿糊和無添加劑漿糊，能有效預防紙質(zhì)字畫受霉菌的影響。

2.2 酸堿度測試結(jié)果

圖3、圖4為添加劑添加量分別為1、0.5 g的漿糊pH值變化曲線。

圖3 添加劑添加量為1 g的漿糊pH值變化情況

圖4 添加劑添加量為0.5 g的漿糊pH值變化情況

由圖3、圖4可知，2組圖片中無添加劑漿糊pH值變化趨勢基本一致，說明2個組試驗測試條件相同。添加劑添加量為1 g的樣品在本研究測定pH值時間內(nèi)，無添加漿糊pH值由6降至4，這是漿糊發(fā)酵酸化引起的。添加劑添加量為1 g時，添加劑漿糊比空白漿糊pH值變化情況有差異，這是漿糊發(fā)酵受添加劑抑制引起的。明礬漿糊pH值在4.1浮動，這是明礬對微生物活動產(chǎn)生了抑制所致。明礬溶液為酸性，使得漿糊pH值趨于穩(wěn)定。當添加劑添加量為0.5 g時，明礬漿糊和無添加劑漿糊變化趨勢基本一致，說明在該添加劑量下，明礬幾乎不抑制漿糊酸化。1 g納米ZnO漿糊pH值始終維持在5.3左右；而0.5 g納米ZnO漿糊pH值從6.2降至5.5，然后趨于穩(wěn)定，30 h后才開始繼續(xù)下降。這是因為納米ZnO添加量為1 g時，漿糊內(nèi)納米ZnO過量，對漿糊內(nèi)微生物產(chǎn)生了較大的抑制，發(fā)酵時形成平衡，因此納米ZnO漿糊pH值一直保持在平衡狀態(tài)，因此選擇納米ZnO添加量為0.5 g。

圖5為添加NaHCO-納米ZnO漿糊的pH值變化。

圖5 添加NaHCO3-納米ZnO漿糊的pH值變化

由圖5知，納米ZnO漿糊與之前變化趨勢幾乎相同，說明是在同等測試條件下進行。在本研究測定pH值的時間內(nèi)，NaHCO添加量為0.5 g的納米ZnO漿糊pH值穩(wěn)定在7.0左右；NaHCO添加量為1 g的納米ZnO漿糊pH值穩(wěn)定在7.6左右，考慮酸堿度對宣紙的影響，選擇NaHCO添加量為0.5 g。通過對NaHCO-納米ZnO漿糊裝裱宣紙pH值進行測定，測定結(jié)果與液體狀漿糊測試結(jié)果一致，證實NaHCO-納米ZnO漿糊穩(wěn)定性較好，NaHCO可以作為漿糊酸堿度調(diào)節(jié)劑使用。

2.3 老化性能測試結(jié)果

耐折度變化

表1為老化前后耐折度變化。

表1 老化前后耐折度變化

由表1知，老化前無添加漿糊比添加劑漿糊平均抗折度低。納米ZnO漿糊和NaHCO-納米ZnO漿糊耐折度接近，較無添加漿糊提升了約12個百分點。明礬漿糊耐折度雖較無添加漿糊有所提升，但提升僅有5個百分點左右。經(jīng)過光老化后，明礬漿糊較無添加漿糊低約0.5個百分點，納米ZnO漿糊和NaHCO-納米ZnO漿糊耐折度比無添加漿糊高約1個百分點。熱老化后，以無添加漿糊為對比，明礬漿糊耐折度降低了1.75個百分點，納米ZnO漿糊無明顯變化；NaHCO-納米ZnO漿糊耐折度較無添加漿糊降低了約0.75個百分點。說明3種添加劑均對老化前漿糊物理強度有提升作用，老化處理后，添加劑對漿糊物理提升作用降低。因此，選擇納米ZnO漿糊和NaHCO-納米ZnO漿糊能較好的維持紙張強度，可以作為文物字畫的裝裱修復材料。但NaHCO受熱分解，對紙張產(chǎn)生不良影響，因此使用NaHCO為添加劑時，需在低溫條件保存，避免對字畫造成影響。

老化后色度變化

表2為、、色系中字母對應(yīng)的顏色；表3為樣品經(jīng)過熱老化和光老化后色度平均值。

表2 L*、a*、b*色系中字母對應(yīng)樣品的顏色及含義

表3 樣品經(jīng)過熱老化和光老化后色度平均值

由表2、表3可知，經(jīng)過熱老化后，變黃色度變化較為明顯，證明經(jīng)熱老化后，涂有漿糊的紙張有發(fā)黃現(xiàn)象，且3種添加劑均無法抑制熱老化過程中紙張表面顏色的變化。在光老化后，所有樣品同樣出現(xiàn)變化，總體色差約為20；而NaHCO-納米ZnO漿糊樣品色差變化明顯低于其他樣品，說明NaHCO-納米ZnO對紙張起到了保護作用。而NaHCO-納米ZnO漿糊在光老化作用下能保護紙張，在熱老化作用下卻無法對紙質(zhì)文物起保護作用，其主要原因在于，NaHCO受熱分解，分解產(chǎn)物對紙張起到不利作用，而NaHCO受熱分解溫度為50 ℃，一般來說，紙質(zhì)字畫保存溫度不超過25 ℃，因此NaHCO-納米ZnO漿糊可對紙質(zhì)字畫的變色起保護作用。

3 結(jié)語

本文采用納米ZnO協(xié)同NaHCO傳統(tǒng)紙質(zhì)字畫修復用的天然粘結(jié)劑漿糊進行改性，并研究了改性后漿糊對紙質(zhì)字畫裝裱的保護作用。

(1)無光條件下，明礬漿糊抗菌性能被抑制，納米ZnO漿糊抗菌性能皆表現(xiàn)良好。字畫文物的保存環(huán)境一般為無光庫房，明礬漿糊無法發(fā)揮較好的抑菌作用。因此納米ZnO漿糊抗菌性能優(yōu)于明礬漿糊，用于紙質(zhì)字畫的裝裱修復時，能有效抑制霉菌的生長，進而對紙質(zhì)文物起到很好的保護作用；

(2)明礬幾乎無法抑制漿糊的酸化作用，而納米ZnO添加量為1 g時，漿糊pH值始終維持在5.5。進一步試驗表明，納米ZnO添加量為0.5 g時，納米ZnO漿糊pH值從6.2降至5.5，說明納米ZnO適宜添加量為0.5 g;

(3)3種添加劑漿糊均提升了紙張物理強度，經(jīng)老化處理，提升作用減弱，明礬漿糊物理強度最低；而NaHCO-納米ZnO漿糊在光老化處理后，物理強度強于無添加漿糊。熱老化處理后，物理強度接近于無添加漿糊，說明使用NaHCO-納米ZnO漿糊對紙質(zhì)字畫進行裝裱修復后，存放需要考慮溫度因素；

(4)3種添加劑均無法對熱老化處理紙張變黃進行抑制；而NaHCO-納米ZnO漿糊在光老化作用下能保護紙張。紙質(zhì)字畫存放要求為溫度不超過25 ℃，在此條件下，NaHCO-納米ZnO漿糊可對紙質(zhì)字畫的變色起保護作用。