淺談基于植物染料視角紡織品文物預防性保護

黃昭瑜 　吳海濤　付文斌　孫麗娟

摘 要：文章聚焦紡織品文物染料信息，介紹紡織品文物常用植物染料種類及上染工藝，從染料與纖維結合方式、顯色及變色機理等方面，闡述紡織品文物保存過程中褪色、變色原因，從預防性保護角度提出保存建議。

關鍵詞：植物染料；紡織品文物；預防性保護；微環(huán)境；光老化

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2023.06.015

古代勞動人民利用來源于植物的棉、麻及動物的絲、毛天然纖維，根據(jù)不同類型纖維的應用特點制作相應用途的紡織品。紡織品文物屬有機質文物屬類，經(jīng)漫長的時光流逝，受到保存環(huán)境中諸多因素協(xié)同作用的影響，出土及傳世的紡織品數(shù)量較少。紡織品文物承載大量歷史文化信息，其制作工藝、設計理念、美學思想表達等極具研究展覽價值。顏色信息是紡織品文物予人最為直觀的沖擊，色彩繽紛的絲線通過不同的組織形式技法織造成絢麗多姿的紡織品。我國古代染色利用的天然染料主要有無機礦石染料、有機植物染料、有機動物染料，其中植物染料廣泛應用于紡織品纖維染色。植物染料的本身性質決定了紡織品文物顏色的不穩(wěn)定性，極易在不良環(huán)境中出現(xiàn)變色、褪色等現(xiàn)象，需采取環(huán)境控制等預防性保護措施應對顏色變化導致的文物信息流失、文物價值下降等問題。

1 植物染料分類

古人通過各種工藝方法從植物的花、葉、果實、樹皮、根等部位提取色素物質，使其與天然纖維結合并顯色，該過程是植物染料染色工藝實現(xiàn)的基本過程。常見植物染料上染通常分為紅、黃、藍、黑等單種色系，其補色的橙、綠、紫等色系雖然亦有少數(shù)幾種植物染料直接上染，但一般使用套染混色，使基本色系在一定區(qū)間內色相波動。

1.1 顏色分類

紅色染料：一是茜草，它是我國使用最早的紅色植物染料，在詩經(jīng)中已有由茜草上染衣物的文字記載，紡織品文物染料檢測表明使用茜草染色的年代較早、分布范圍較廣。安徽六安戰(zhàn)國墓葬出土荒帷、長沙馬王堆漢墓出土絲織品、新疆漢晉毛紡織品、北魏刺繡花卉紋袖頭、青海海西州出土唐代紡織品、清宮紡織品的紅色顏料中均檢測出茜素、茜紫素等色素物質①。茜素是一種以配糖體存在于茜草根部的蒽醌類化合物，能在不同媒染劑、不同染色工藝的作用下形成由淺黃-紅-黑的不溶性色淀固著于纖維顯色。二是蘇木，晉代嵇含的《南方草木狀》已有記載遼代契丹貴族墓中橙紅蠶絲絹條為蘇木與小檗堿類黃。色染料套染而成，清宮紅色紡織品檢測出蘇木為染料來源②，染色工藝通常采用媒染。三是紅花，紅花原產(chǎn)于非洲，由漢代張騫出使西域后傳入我國。唐宋時期已廣泛用于染紅，明《天工開物》中詳細記載了“紅花餅”的提煉工藝。至清代，紅花仍是天然纖維上染紅色的重要染料來源。紅花素具有苯乙烯結構，能夠直接與天然纖維結合，是一種直接染料，色澤鮮艷，根據(jù)染色深淺能染出蓮紅、桃紅、銀紅、水紅等紅色。

黃色染料：一是梔子，是我國古代中原地區(qū)廣泛使用的黃色染料，春秋時期已大量使用梔子染色，宋《漢官儀》記載梔子用于染色“御黃”。長沙馬王堆漢墓出土絲織品檢測出梔子色素成分，青海海西州出土唐代紡織品的黃色絲線檢測出梔子特征成分梔子酮苷，清宮紡織品黃色絲線檢測出藏紅花酸、蘆丁、槲皮素等梔子染色證據(jù)③。二是槐米，又稱槐子，是豆科槐屬國槐的花蕾，是古代染黃色的典型媒染染料。清代檔案記載“明黃色”鹿皮染料配方即由槐子、黃椂木、白礬按比例調配組成④。明清黃色系出土、傳世文物染料檢測常見槐米顯色成分—蘆丁⑤，又稱槐花素，屬類黃酮類結構，是植物染料中色牢度較好的一種。三是黃檗，又名黃柏，東漢魏伯陽《周易參同契》言“若檗染為黃”，《天工開物》有黃檗染色鵝黃、豆綠、蛋青色的記載。在紡織品文物染料檢測中，遼代墓葬出土絹布為顯黃的黃檗和顯紅的蘇木套染而成；新疆尉犁縣克亞克庫都克烽燧遺址出土的唐代絲織品樣品檢測顯示為黃檗上染黃色，也有黃檗與靛藍套染的綠色樣品；明清紡織品文物中黃檗使用直接染色或套染更為常見⑥。黃檗為蕓香科黃檗屬喬木，其樹皮、芯材中存在生物堿類顯色物質—小檗堿，小檗堿是現(xiàn)在唯一已知的天然陽離子染色素。

藍色染料：靛藍藍染，是我國最早使用也是記錄最為詳盡的藍色染色方法，《大戴禮記·夏小正》已有夏朝規(guī)律種植藍草用于染色的記載，春秋時期楚國設置有主持靛藍生產(chǎn)的“藍尹”官職，《齊名要術》《天工開物》等書籍中對藍草的種植、制靛及工藝改良有清晰的描述。漢代馬王堆漢墓出土的藍色麻織物即用靛藍染色，除礦物染料藍外，歷朝歷代紡織品文物藍色染料檢測基本為靛藍成分。而今，我國西南云貴的少數(shù)民族仍然大量使用靛藍為基礎染料配合染纈、夾纈、蠟纈等印花方法進行傳統(tǒng)服飾的染色及制作。靛藍是靛族染料的代表，屬于吲哚類化學結構。提取于菘藍、蓼藍、槐藍、馬藍等藍草植物。

黑色染料：黑色植物染料歷史悠久。秦、魏、晉貴族尚黑，出土于新疆羅布泊樓蘭的魏晉毛紡織品中的黑色纖維檢測出鞣花酸結構，推測與單寧類物質染色相關；至東晉、唐代，黑色成為平民常服色彩，稱為“皂衣”，所以黑色又稱皂色。橡椀子（櫟樹皮、殼斗）、栗殼、烏桕、鼠尾草、五倍子中均含有豐富的鞣質，與鐵鹽絡合反應生成單寧酸亞鐵黑色沉淀附著于纖維，呈黑色。珠江三角洲地區(qū)的特色面料“香云紗”即使用薯莨單寧與河泥中的鐵離子螯合染黑。

紫色染料：我國古代植物染料中能直接上染紫色的較少，紫草為記載和使用較廣的一種。郭璞的《爾雅·釋草》中有“紫草根染紫”的記載。陜西西安大唐西市博物館館藏唐代紫地蓮瓣紋綾紫色纖維檢測出紫草顯色物質。紫草為多年生草本，其根部含有紫草素、乙酰紫草素等萘醌類物質，能在明礬、皂礬等媒染劑作用下形成較深的紫紅色。

綠色染料：常見的綠色植物染料為鼠李，現(xiàn)有資料顯示其應用在宋元之后。故宮養(yǎng)心殿壁布及清代傳世紡織品平紋綠地紗床罩均檢測出鼠李顯色物質⑦。其染料色素存在于嫩果實、葉和莖中，可直接上染，也可與綠礬媒染得到更鮮艷的綠色。主要顯色成分為大黃素、大黃酚等，經(jīng)高溫氧化易變?yōu)辄S色。套染顯綠更為常見，黃色染料與藍色染料（如黃檗、槐米、姜黃與靛藍）套染能得到需要的各色光綠色⑧。

1.2 上染工藝分類

直接染色：某些植物色素能直接溶解于水中與纖維共浴，纖維在溶液中充分溶脹，染料分子滲入與纖維分子接近，吸附于纖維間隙后固著顯色，這類植物染料屬于染料分類中的直接染料。直接染料分子的結構特點是線性、芳環(huán)共平面性及含有能與纖維分子形成氫鍵的基團，如具有水溶性的黃酮類衍生物。紅花、鼠李、藎草、黃檗、梔子等屬直接染料類型。直接染料與纖維的結合方式以范德華力、氫鍵的分子間作用力形式存在，能量較低，一般在41.8kJ/mol以下。一些植物染料天然的存在形式為天然色素化合物，需要在酸、堿環(huán)境中溶解，與纖維共浴后根據(jù)溶液pH的改變析出固著顯色。在此過程中色素分子能與纖維形成離子鍵結合。離子鍵能較氫鍵高，以此類作用力與纖維結合的染料牢固度也較高。例如在酸性染液中，蛋白質纖維帶有正電荷，會對染料陰離子產(chǎn)生庫侖引力，染料因庫侖力的作用而被纖維吸附，發(fā)生離子鍵形式的結合。

媒染染色：由于大多數(shù)天然染料對織物纖維并無親和性，其化學結構上卻具有羥基、甲氧基、羰基、羧基等能絡合配位的結構基團存在。大量植物染料染色的主要方法為媒染染色，常用的媒染劑有明礬、青礬、皂礬、膽礬等，媒染法引入金屬離子為橋梁，使染料與天然纖維生成離子鍵、配價鍵。配價鍵鍵能較高，在纖維中有固定吸附位置，使得染料與纖維結合較直接染料更緊密，各方面色牢度較好。許多直接植物染料亦可使用媒染法提高上染率與染色牢度。根據(jù)不同色素分子類型與纖維的親和方式，媒染方法可分為先染后媒染法、先媒后染法、同浴法等。

還原染色：靛藍是還原顯色類植物染料的代表。其上染過程需要在還原劑的作用下，靛藍染料溶解于堿液中轉變?yōu)樗苄缘碾[色體，通過擴散作用進入纖維內部后在空氣中被氧化成不溶性的靛藍顯色。由于靛藍分子內部結構穩(wěn)定，分子間存在復雜而強烈的氫鍵，層與層之間也具有較弱的分子間氫鍵。內部穩(wěn)定氫鍵能夠抑制碳碳雙鍵由于光照導致的異構化，也有優(yōu)異的耐光性，且不溶于水、稀酸和堿溶液，除摩擦色牢度外各種色牢度優(yōu)良。

2 紡織品文物變色原因

2.1 染料顯色機理

太陽光是各種顏色光線的混合，光的顏色決定于光的頻率。人眼可感知到的部分為可見光，其波長一般為780nm～400nm。相同光源照射到不同顏色物質上顯色不同，是不同結構發(fā)色基團對不同波段光線進行選擇性吸收的結果。一般共軛體系才能吸收紫外-可見區(qū)的光波，例如苯分子在255nm處即存在特征吸收峰，多環(huán)芳烴的苯型吸收光譜向長波方向轉移。色素分子即通過復雜的有機結構吸收特定光波顯色。染料顯色遵循色彩的減法混色原理，即隨參混組分數(shù)量的增加，不斷吸收日光中某一部分的光波，反射剩余其他的色光，混合色的明亮度不斷降低，最終形成暗色或黑色。植物染料染色中的復染加深顏色濃度和套染顯出互補色都是運用了此原理。

2.2 變色影響因素

物理因素：紡織品文物在常年的使用保存過程中，纖維本體糟朽劣化，諸如使用摩擦、折疊卷曲類物理磨損會導致附著有染料分子的表層纖維脫落，造成視覺上染料的顏色變淺、褪色。

化學因素：由于染料顯色是復雜有機分子結構選擇性吸收不同波段光線的結果，各種因素導致的分子結構變化均會影響染料基團的顯色。光、熱、氧化劑、水油浸漬、酸堿性溶液作用能使染料與纖維之間的成鍵斷裂，在溶液浸漬、潮濕條件下導致文物染料部分出現(xiàn)滲色、掉色現(xiàn)象；光、熱、有機污染物、還原劑、氧化劑、空氣污染物、酸堿等能作用染料母體的發(fā)色體系部分，使染料分子產(chǎn)生變色，如分子結構改變形成同分異構體，或結構進一步被破壞導致不可逆的變色現(xiàn)象，最終表現(xiàn)為文物顏色的變色、褪色。

纖維黃化：由于紡織品文物的材質一般為棉、麻、絲毛天然纖維，在加工、服用和貯藏的過程中本身就會受到環(huán)境、加工過程試劑、所含雜質的綜合影響，產(chǎn)生纖維發(fā)脆、強力降低、使用性能和外觀質量下降的老化現(xiàn)象，其外觀表現(xiàn)為泛黃，纖維黃化也是紡織品文物顏色變化的原因之一。

套染變色：如上文所述，古代紡織品文物在上染特定顏色時會使用兩三種染料套染的形式顯色，如靛藍與黃檗能套染顯綠。在相同的保存環(huán)境中，不同染料的顯色基團對環(huán)境因素的敏感程度不同，化學基團也會產(chǎn)生不同程度的變化，這就導致套染部位外觀顏色會朝色牢度較好的顏色方向偏移，顏色發(fā)生改變。綜上所述，引起紡織品文物色澤改變的原因錯綜復雜，且相互協(xié)同作用，因此要減緩紡織品變色老化速率，應對文物本體及其環(huán)境采取綜合控制措施。

3 紡織品文物預防性保護

預防性保護概念是以“不改變文物原狀”及“最低限度干預”原則為出發(fā)點，基于長期的文物保護工作實踐需要，區(qū)別于文物腐蝕、糟朽后被動的搶救性保護措施，主動干預，是為文物提供一個穩(wěn)定、潔凈的保存環(huán)境，從而降低保存過程中文物信息損失，延長文物保存壽命，建立文物保存長效保護機制。為此國際國內針對環(huán)境不同敏感類型文物提出相應環(huán)境因素標準，規(guī)定文物保存場所各種類溫濕度、光照限制量、空氣污染物控制標準等。應用中需結合實際使文物逐步適應，并控制環(huán)境達到最佳推薦狀態(tài)。

3.1 環(huán)境控制

保存展覽光源：紡織品文物屬對光特別敏感類文物，光對文物產(chǎn)生的損傷遵循倒易定律這一經(jīng)驗法則，即E（總曝光量）=I（照度）*t（時間）⑨，嚴格來說對紡織品文物保存的最佳要求為避免光照。但基于文物利用及展陳需求，博物館規(guī)定照度標準需小于50lx，年總照度不超過1.5·105lx/h，以求在文物保護與利用中找到平衡點。紫外線會使染料及纖維本身有機物C、H、O、N間單鍵斷裂，造成不可逆的損傷，使織物褪色、泛黃、糟朽、粉化，直至最終損壞，故應完全避免。不同色系染料也會因對可見光區(qū)域光線吸收能量不同而具有不同的色牢特性，研究表明植物染料各色系色牢度大致為黃色系＜紅色系＜紫色系＜藍色系。對比不同色溫、不同類型光源對染色絲綢顏色變化的影響，低色溫光源比高色溫光源對植物染料變色影響較小，相同照度下鹵素燈、去藍光LED燈更適合于植物染料上染紡織品顏色的保存及展覽，熒光燈次之，普通LED燈對植物染料變色影響最大⑩。紅外光線對文物的影響以使物體升溫產(chǎn)生熱老化的方式表現(xiàn)，也需要采取一定措施規(guī)避。

溫濕度：紡織品文物的博物館館藏推薦溫度日較差為20±5℃，相對濕度55±5%。過高的濕度會使紡織品開始吸收空氣中的水分，纖維的濕漲可能導致染料、空氣中有害氣體的溶解，也是蟲霉繁殖的必要條件。過低的濕度會引起纖維的失水脆化。溫度升高會催化紡織品文物老化過程，驟降的溫度會直接影響環(huán)境濕度的快速變化，溫濕度的快速大幅波動比維持一個不那么標準的溫濕度數(shù)值對文物本體的破壞更大。

空氣污染物：SOx、NOx、O3等空氣污染物對植物染料褪色有顯著影響，在有水分參與的情況下，這些還原性氣體能溶于水形成酸性物質使纖維本體發(fā)生水解反應?；覊m是空氣中的顆粒污染物，積落紡織品上不僅會改變其外觀色彩形成污跡，也是其他空氣污染物如硫酸鹽、硝酸鹽、氯化物及霉菌孢子的載體，這些復雜的有機無機物質在一定條件下構成光化學反應的中間環(huán)節(jié)，與多種紡織品文物病害相關聯(lián)。

蟲霉：棉、麻、絲、毛天然纖維是蟲霉的食物來源，老化水解的纖維素、蛋白質是霉菌的天然培養(yǎng)皿。在溫暖濕潤的環(huán)境下，隱藏在庫房角落、紡織品纖維中處于休眠狀態(tài)的蟲卵、蛹得以孵化，使文物產(chǎn)生蟲蛀病害。霉菌得以繁殖，其代謝產(chǎn)生有色霉斑對文物外觀產(chǎn)生影響，同時分泌黏液使紡織品相互粘連，分泌有機酸進一步分解破壞文物本體。在實際文物保存過程中，上述環(huán)境因素協(xié)同作用，對文物的損傷比單一因素作用所產(chǎn)生的損傷嚴重得多。

3.2 保存方法及建議

保存展覽環(huán)境光源應充分排除紫外線，選擇密閉無窗的庫房存放光敏感的紡織品文物，有窗戶的存放空間應安裝遮陽罩、百葉窗等遮光措施，玻璃表面涂刷紫外線吸收劑或粘貼防紫外膜。展覽觀賞用人工光源，最好選用在保障顯色效果下低色溫的鹵素燈及去藍光LED燈。嚴格控制照度，減少照射時間，控制紡織品文物受到的總輻照度在顏色變化結點以下。溫濕度的監(jiān)控調節(jié)可以通過溫濕度儀及空調、加濕除濕設備實現(xiàn)。定期巡查打掃保存環(huán)境衛(wèi)生，清理環(huán)境積塵，放置祛蟲防霉藥物對紡織品文物的長期保存也至關重要。恒溫恒濕低氧充氮的密閉箱體是理想的紡織品文物保存展覽空間，但受場所、經(jīng)費、人員等現(xiàn)實因素的制約，精細到個體文物微環(huán)境的控制可能在實際工作中更可行。針對紡織品文物需要避光、緩沖溫濕度、減少有害氣體及預防蟲霉的需要，可以定制無酸紙盒或囊匣對紡織品文物進行長期保存。

注釋

①李玉芳，魏書亞，王亞蓉.應用超高效液相色譜-四級桿飛行時間質譜及二極管陣列聯(lián)用技術對唐代紡織品上植物染料的分析和測定[J].中國科學：技術科學，2016，46（6）：625-632.

②柏小劍.潮濕墓葬環(huán)境出土絲織品的植物染料鑒定技術研究[D].合肥：中國科學技術大學，2014.

③李玉芳.幾種常見中國古代天然植物染料的分析鑒定研究[D].北京：北京科技大學，2020.

④⑧王允麗，王春蕾.清代紡織品中明黃色色彩研究[J].故宮博物院院刊，2022（5）：122-132，139.

⑤陳磊.基于表面增強拉曼光譜快速鑒定和分析紡織品文物中天然染料的研究[D].杭州：浙江理工大學，2018；張云，陳楊，崔箏，等.黃色緙絲繡聯(lián)句幡的科學分析[J].中國文物科學研究，2020（1）：91-96.

⑥張林玉.古代紡織品中染料成分的鑒定和染色工藝的探究[D].北京：北京化工大學，2017.

⑦張云，陳楊，崔箏，等.黃色緙絲繡聯(lián)句幡的科學分析[J].中國文物科學研究，2020（1）：91-96.

⑨賀冰，徐雪萍，徐方圓，等.模擬光老化研究黃色植物染料染色絲綢的光致褪色[J].文物保護與考古科學，2016，28（3）：30-39.

⑩張殿波，趙豐，周旸，等.不同照明條件下靛藍染色真絲織物的光老化速度及褪色機制分析[J].蠶業(yè)科學，2011，37（1）：69-75；馮薈，翁鳴，劉劍.博物館絲織品染料常規(guī)光老化研究[J].絲綢，2018，55（1）：14-17；胡玉蘭，劉劍，趙豐，等.基于微型光纖光譜技術的有氧和抑氧條件下植物染料染色絲織品的褪色研究[J].絲綢，2019，56（9）：1-7；徐方圓，吳來明，徐雪萍，等.從光譜角度研究博物館照明對染色絲綢的影響[J].文物保護與考古科學，2016，28（1）：24-32.