基于定量及厚度的宣紙質(zhì)量穩(wěn)定性研究

尤 迪, 解明思, 韓 賓, 施繼龍

(1. 北京印刷學(xué)院,北京 102600;2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100049)

宣紙是中國(guó)造紙業(yè)的驕傲,因其質(zhì)地柔軟堅(jiān)韌、潔白平整、細(xì)膩勻滑、耐久且不變形、書(shū)寫(xiě)性能優(yōu)越而著稱(chēng)。 宣紙?jiān)蠟榘不諞芸h及其周邊地區(qū)的沙田稻草和2-3 年青檀皮,根據(jù)原料不同配比,宣紙可分為棉料(檀皮含量為40%-60%)、凈皮(檀皮含量為60%-80%)和特凈皮(檀皮含量為80%以上)三類(lèi)。 科技發(fā)展過(guò)程中,機(jī)械手段逐漸替代手工操作參與到手工紙制作。 宣紙則是在嚴(yán)密技術(shù)監(jiān)控下,經(jīng)特殊傳統(tǒng)工藝配方制成,保留了傳統(tǒng)工藝制作過(guò)程,主要包括選料、制漿、配料和制紙四大部分。 獨(dú)特的原料及高要求的工藝共同成就了宣紙優(yōu)良的耐久性、不易變形性、潤(rùn)墨性及抗蟲(chóng)性,使宣紙成為紙質(zhì)文物修復(fù)、保護(hù)用紙的首選,因此,宣紙也一直是文物保護(hù)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。 以宣紙為關(guān)鍵詞在中國(guó)知網(wǎng)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)搜索文獻(xiàn),時(shí)間段設(shè)置為近10 年,共得到3212 篇文獻(xiàn)。 在所得文獻(xiàn)中,采用度數(shù)中心性分析方法,分別對(duì)高頻關(guān)鍵詞進(jìn)行共現(xiàn)分析,探測(cè)各自的中心性及其在研究中的重要性。 節(jié)點(diǎn)圖形越大,則表示節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵詞的中心度越高,表明該部分是研究?jī)?nèi)容的熱點(diǎn),所得結(jié)果如圖1 所示。 由圖1 可知, “手工紙” 位于網(wǎng)絡(luò)的中心位置,即中心度最大,與之密切相連的有 “宣紙” “xuanpaper” “青檀皮” “手工造紙” 等節(jié)點(diǎn),它們交錯(cuò)相連。 進(jìn)一步分析可得出,目前針對(duì)宣紙的研究大致分為以下幾類(lèi):(1)宣紙與其他類(lèi)型手工紙的對(duì)比研究:黃怡凡等人對(duì)比研究了現(xiàn)代夾江書(shū)畫(huà)紙與宣紙的性能區(qū)別[1],龍堃等人研究了紫外光對(duì)不同紙張性能的影響[2];(2)針對(duì)宣紙中微觀物質(zhì)的研究:劉仁慶探討了結(jié)晶CaCO3及無(wú)定形SiO2對(duì)宣紙潤(rùn)墨性的影響[3];(3)針對(duì)宣紙基本性能的研究:徐文娟、龔德才等人探討了影響宣紙形變的因素及宣紙形變的影響[4-6],高玲玲、王輝等人探討了不同原料配比對(duì)宣紙各項(xiàng)性能的影響[7-8],除此之外高玲玲等人還分析了不同打漿度下宣紙?jiān)侠w維形態(tài)對(duì)成紙物理性能和潤(rùn)墨性的影響[9],李安玲等人探討了不同熟度宣紙的摩擦性能與其纖維粗細(xì)及緊密性的關(guān)系[10]。 張諾等人分析了不同類(lèi)別宣紙的理化性能及耐久性,指出了研究對(duì)象中性能最優(yōu)越的一款紙[11],值得一提的是閔海霞等人選用了與張諾等人相同的樣品與檢測(cè)手段,卻得出了和張諾等人不同的結(jié)果[12];(4)針對(duì)宣紙?jiān)系难芯?劉慧君等人研究了不同種群青檀皮與環(huán)境因子的關(guān)系[13],高慧等人探討了青檀皮的化學(xué)組成及其細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)[14]。

圖1 宣紙、手工紙高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖

綜上可見(jiàn),目前針對(duì)宣紙的研究數(shù)量多、內(nèi)容廣泛,然而這些研究中大多默認(rèn)宣紙樣品本身質(zhì)量為穩(wěn)定的,通過(guò)隨機(jī)選取樣品進(jìn)行進(jìn)一步實(shí)驗(yàn),對(duì)宣紙本身的質(zhì)量穩(wěn)定性不夠重視。 目前已有研究開(kāi)始指出手工紙本身是不均勻的[15-17],但針對(duì)宣紙質(zhì)量穩(wěn)定性的研究仍然較少。 雖然宣紙標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)不同種類(lèi)的宣紙質(zhì)量進(jìn)行了一定程度的規(guī)定,但宣紙制作依賴(lài)手工,能否達(dá)到出品要求很大程度上依賴(lài)造紙師傅的經(jīng)驗(yàn),缺乏規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的質(zhì)量穩(wěn)定性體系,這也導(dǎo)致有研究出現(xiàn)選用同樣的宣紙樣品與方法,最后實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻不一致的情況。 因此評(píng)價(jià)宣紙質(zhì)量穩(wěn)定性對(duì)于宣紙的進(jìn)一步研究是有必要的。 本文以市售完整一刀紅星四尺凈皮單宣為樣品,測(cè)定分析其單張樣品及樣品內(nèi)部的定量、厚度及緊度,初探宣紙生產(chǎn)的質(zhì)量穩(wěn)定性,為進(jìn)一步研究宣紙生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定性奠定科學(xué)基礎(chǔ)。

1 宣紙性能分析

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)樣品為市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)的一刀凈皮四尺單宣(定量32.98g/m2,白度72.5%),共一百?gòu)?產(chǎn)自紅星宣紙有限公司,產(chǎn)于2020 年,將單張宣紙依次進(jìn)行編號(hào),編號(hào)為S1-S100。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)測(cè)試條件以GB/T10739—2002《紙、紙板和紙漿試樣處理和試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件》中測(cè)試條件為參照條件。 根據(jù)GB/T451.2—2002《紙和紙板定量的測(cè)定》采用電子天平測(cè)定樣品定量;根據(jù)GB/T451.3—2002《紙和紙板厚度的測(cè)定》采用YQ-Z-11型高精度電動(dòng)厚度測(cè)定儀測(cè)定樣品厚度并根據(jù)其中相應(yīng)公式計(jì)算得到樣品緊度。 全部樣品的定量與厚度測(cè)試結(jié)束后,對(duì)二者變化幅度最大的5 個(gè)樣品及隨機(jī)取樣的10 個(gè)樣品進(jìn)行二次取樣。 取樣區(qū)域如圖2 所示,樣品一次取樣區(qū)域?yàn)闃悠酚覀?cè),二次取樣區(qū)域?yàn)闃悠返闹胁亢妥髠?cè)。 采用GraphPadPrism9 軟件對(duì)樣品定量、厚度及緊度數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性差異分析(P＜0.05 為差異顯著,P＞0.05 為差異不顯著)。

圖2 樣品取樣分布圖

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 宣紙定量

定量表示單位面積紙的質(zhì)量,定量差代表定量波動(dòng),能夠反映紙張勻度[11]。

圖3(a)為全部樣品定量值及變化幅度,其中S80 的定量均值最大,為38.62g/m2,S4 的定量均值最小,為28.24g/m2。 全部定量均值為32.41g/m2,與宣紙產(chǎn)品卡提供的定量為32.98g/m2有所出入但差距較小。 將全部樣品定量進(jìn)行顯著性差異分析結(jié)果表明有顯著性差異(P＜0.05)。

圖3 樣品定量值

從定量變化幅度來(lái)看,變化幅度最大的5 個(gè)樣品由大到小排列依次為 S80、S78、S82、S81 與 S79。為進(jìn)一步觀察比較樣品間定量變化幅度,除將定量變化幅度最大的5 個(gè)樣品進(jìn)行二次取樣并進(jìn)行定量測(cè)定外,在全部樣品中另隨機(jī)選取S8、S12、S13、S36、S40、S42、S45、S63、S66、S96(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為隨機(jī)取樣的10 個(gè)樣品)進(jìn)行二次取樣并進(jìn)行定量測(cè)定。 兩次取樣所得綜合結(jié)果如圖3(b)所示,在15個(gè)樣品中,S79 的定量最大,為36.43g/m2,S45 定量最小,為30.62g/m2。 將 15 個(gè)樣品定量值進(jìn)行顯著性差異分析,結(jié)果表明有顯著性差異(P ＜0.05)。 圖3(c)為定量變化幅度最大的5 個(gè)樣品與隨機(jī)取樣的10 個(gè)樣品的內(nèi)部定量值,將各樣品內(nèi)部不同取樣區(qū)域進(jìn)行顯著性差異分析,結(jié)果表明除S40 內(nèi)部有顯著性差異(P＜0.05)外,其余樣品內(nèi)部各取樣區(qū)域無(wú)顯著性差異。

綜上可得,從定量角度看,樣品間與樣品內(nèi)部的定量值均存在顯著性差異,這可能有兩個(gè)原因。一是宣紙?jiān)诔垥r(shí)對(duì)工人的 “拍浪” 力度及工人間的默契程度要求高。 宣紙抄紙的關(guān)鍵技術(shù)手法主要有兩點(diǎn),一是 “拍浪” ,二是 “蕩簾” 。 “拍浪” 即抄紙時(shí)在紙漿中上下震蕩紙簾,紙漿上下翻動(dòng)時(shí)迅速迎浪頭下簾的,其目的是消除紙漿內(nèi)濃度差異,抄出高均勻度的紙張[12]。 宣紙抄紙時(shí),采用二人共同操作的模式,解決了紙幅過(guò)大,一人無(wú)法完成的問(wèn)題,但同時(shí)也提高了宣紙質(zhì)量穩(wěn)定的難度。 抄紙工人每次 “拍浪” 的力度,工人間的默契程度等都會(huì)影響紙漿勻度。 二是抄紙時(shí)中途加入紙料影響了紙漿濃度。 抄紙工人大概每抄120 張便向紙槽內(nèi)剩余紙漿中加紙料,紙料及紙藥的濃度一般由造紙工人根據(jù)當(dāng)時(shí)氣候溫度決定,主觀性較強(qiáng),加料前后紙漿均勻程度相似性難以保證。

2.2 宣紙厚度

圖4(a)為全部樣品厚度值及變化幅度,其中S79 的厚度均值最大,為 85.01μm,S58 的厚度均值最 小, 為 103.07μm。 全 部 的 厚 度 均 值 為92.67μm。 將全部樣品厚度值進(jìn)行顯著性分析結(jié)果表明有顯著性差異(P＜0.05)。

從厚度變化幅度,厚度變化幅度最大的5 個(gè)樣品由高到低排列依次為樣品 S47、S58、S1、S98 與S5。 值得一提的是定量變化幅度最大的五個(gè)樣品并不同于厚度變化幅度最大的五個(gè)樣品。 為進(jìn)一步觀察比較樣品間厚度變化幅度,將厚度變化幅度最大的5 個(gè)樣品與隨機(jī)取樣的10 個(gè)樣品進(jìn)行二次取樣并進(jìn)行厚度測(cè)定。 兩次取樣所得綜合結(jié)果如圖4(b)所示,在15 個(gè)樣品中,S88 的厚度最大,均值為 96.69μm,S5 的厚度最小,均值為 86.59μm。將15 個(gè)樣品厚度值進(jìn)行顯著性差異分析,結(jié)果表明有顯著性差異(P＜0.05)。

圖4(c)為厚度變化幅度最大的5 個(gè)樣品與隨機(jī)取樣的10 個(gè)樣品內(nèi)部厚度值,將樣品內(nèi)部各取樣區(qū)域進(jìn)行顯著性分析,結(jié)果表明S88、S1、S5、S40內(nèi)部有顯著性差異(P＜0.05),其余樣品內(nèi)部各取樣區(qū)域無(wú)顯著性差異。

圖4 樣品厚度值

綜上可得,從厚度角度看,樣品間與樣品內(nèi)部的厚度值存在顯著性差異。 這可能是與抄紙時(shí)工人 “蕩簾” 手法及工人間的默契程度有關(guān)。 “蕩簾” 是抄紙工序的關(guān)鍵步驟之一,是用來(lái)控制紙張厚薄的手法,工人間不同熟練程度及契合度均會(huì)影響 “蕩簾” 的輕重進(jìn)而影響紙張厚薄。 另外,全部樣品中定量變化幅度最大的五個(gè)樣品不同于厚度變化幅度最大的五個(gè)樣品可能是由于二者測(cè)試方式不同。 本文中定量檢測(cè)是將裁剪成10cm×10cm 的樣品進(jìn)行稱(chēng)重,僅進(jìn)行一次取樣的樣品重復(fù)檢測(cè)5次,進(jìn)行二次取樣的樣品共重復(fù)檢測(cè)15 次;而厚度檢測(cè)則是用厚度儀以點(diǎn)壓的方式進(jìn)行測(cè)量,僅進(jìn)行一次取樣的樣品重復(fù)測(cè)量20 次,進(jìn)行二次取樣的樣品共重復(fù)檢測(cè)60 次。 前者從面的角度出發(fā),面內(nèi)紙漿均勻程度的影響被縮小,后者則以紙內(nèi)單點(diǎn)的角度出發(fā),紙漿均勻程度的影響被放大。

2.3 緊度

緊度為定量與厚度的比值,指單位體積內(nèi)紙的質(zhì)量,相當(dāng)于 “密度” 的概念,可以預(yù)測(cè)紙張機(jī)械強(qiáng)度的變化[19]。 全部樣品緊度結(jié)果如圖5(a)所示,相較于機(jī)制紙緊度標(biāo)準(zhǔn),全部樣品緊度整體偏低,這是定量小厚度大所致。 這表明宣紙纖維間孔隙較多,這些孔隙可以看作是一個(gè)個(gè)微毛細(xì)血管,毛細(xì)管具有強(qiáng)烈的吸液性,使得宣紙潤(rùn)墨性好[14]。另外,孔隙較多有利于宣紙的形穩(wěn)定性。 如果紙張纖維間存在較大孔隙度,單根纖維變化可以被空隙吸收,則紙張變形就比較小[4]。 各樣品間緊度均值差異不大,其中S80 的緊度均值最大,為0.42g/m3,S30、S4 的緊度均值最小,為 0.32g/m3。 全部緊度均值為0.35g/m3,將其進(jìn)行顯著性差異分析得到各樣品間緊度無(wú)顯著性差異(P＞0.05)。

從緊度變化幅度來(lái)看,變化幅度最大的5 個(gè)樣品由高到低依次排列為樣品 S81、S78、S47、S73、S82。 其中 S78、S81、S82 也屬定量變化幅度最大的5 個(gè)樣品之列,S47 則在厚度變化幅度最大的5 個(gè)樣品之列。 圖5(b)為隨機(jī)取樣的10 個(gè)樣品一次取樣與二次取樣的緊度綜合結(jié)果,其中S36、S40 的均值為0.36g/m3,其余緊度均值為0.35g/m3。 將其進(jìn)行顯著性分析結(jié)果表明無(wú)顯著性差異(P ＞0.05)。 圖5(c)為隨機(jī)取樣的10 個(gè)樣品內(nèi)部緊度值,將樣品內(nèi)部各取樣區(qū)域間及不同樣品間取樣區(qū)域進(jìn)行顯著性分析,結(jié)果表明無(wú)顯著性差異(P ＞0.05)。

圖5 樣品緊度值

綜上可得,樣品緊度雖偏低,但全部樣品間、隨機(jī)取樣樣品間、樣品內(nèi)部與各樣品內(nèi)部間無(wú)顯著性差異,這表明樣品纖維交織均勻。 值得一提的是緊度雖為定量與厚度的比值,且樣品定量與厚度存在顯著性差異,但緊度并未因此存在顯著性差異。 這可能是因?yàn)槎繂挝粸間/m2,厚度單位為μm,而緊度作為定量與厚度的比值,單位為g/m3,計(jì)算緊度過(guò)程中定量與厚度的影響被縮小。

3 結(jié)論與展望

本文分別從定量、厚度及緊度三個(gè)方面對(duì)市售一刀凈皮四尺單宣宣紙樣品進(jìn)行了質(zhì)量穩(wěn)定性分析,分析結(jié)果表明:(1)全部樣品及樣品間定量變化幅度均超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)變化幅度,且樣品間與樣品內(nèi)部不同取樣區(qū)域的定量與厚度值存在均顯著性差異,這表明樣品間與樣品內(nèi)部質(zhì)量不穩(wěn)定;(2)全部樣品及樣品間緊度變化幅度均超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)變化幅度,但樣品間與樣品內(nèi)部不同取樣區(qū)域的緊度值間并未存在顯著性差異,緊度穩(wěn)定性強(qiáng)于宣紙樣品的定量與厚度穩(wěn)定性。 (3)宣紙樣品定量與厚度不穩(wěn)定,這可能是抄紙時(shí)工人間熟練程度及默契程度不一致及抄紙中途加入紙料導(dǎo)致紙漿濃度或均勻度前后不一致所造成的。 值得一提的是定量變化幅度最大的5 個(gè)樣品并不同于厚度變化幅度最大的5 個(gè)樣品,這可能是因?yàn)槎邷y(cè)試方式不同。 緊度雖為定量與厚度的比值且二者均存在顯著性差異,但樣品緊度數(shù)據(jù)未發(fā)現(xiàn)顯著性差異,這可能是因?yàn)橛?jì)算緊度時(shí)定量與厚度的差異影響被縮小。 另外樣品緊度偏低,表明樣品潤(rùn)墨性及形穩(wěn)性好。

綜上可得,市售宣紙成品指標(biāo)與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有所出入,這可能是由于制作工藝限制等原因,樣品個(gè)體間、同一樣品內(nèi)部的質(zhì)量品質(zhì)均存在差異。 在應(yīng)用宣紙進(jìn)行文物修復(fù)或相關(guān)研究時(shí),應(yīng)將宣紙本身質(zhì)量的不均勻性納入考慮范圍。 另外,本文的不足之處在于僅對(duì)樣品進(jìn)行了一般性能的測(cè)試并對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性差異分析,未深入探討樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及組分對(duì)宣紙質(zhì)量的影響,后續(xù)應(yīng)跟進(jìn)樣品其他指標(biāo)的研究并探索樣品微觀結(jié)構(gòu)與基本性能間的關(guān)系,以更全面的指標(biāo)判斷宣紙質(zhì)量穩(wěn)定性。