博物館照明對蘇木染色絲綢的影響研究

徐方圓，吳來明，施超歐，賀 冰

(1. 館藏文物保存環境國家文物局重點科研基地(上海博物館)，上海 200231； 2. 華東理工大學，上海 200237)

博物館照明對蘇木染色絲綢的影響研究

徐方圓1，吳來明1，施超歐2，賀 冰2

(1. 館藏文物保存環境國家文物局重點科研基地(上海博物館)，上海 200231； 2. 華東理工大學，上海 200237)

蘇木是古代常見的一種紅色植物染料，為了從保護角度探討蘇木染色絲綢的照明需求，研究了博物館照明常用的LED燈、鹵素燈、熒光燈對它的褪色影響，從光照與其他環境因素入手，嘗試構建了針對蘇木染色絲綢的“變色因子”指標。研究結果顯示，LED的“變色因子”大于傳統的鹵素燈與熒光燈的，低色溫照明的“變色因子”略小于高色溫照明的；照度越高，“變色因子”越大；其他環境因素對“變色因子”也有很大影響。因此針對蘇木染色絲綢文物的展陳照明，建議選用鹵素燈或低色溫的熒光燈和LED燈，并應控制展陳照明的照度。同時展陳環境中的其他環境因素也不容忽視。研究結果為指導博物館在對蘇木染絲綢文物的照明選擇方面提供了依據，同時為客觀評價各種環境因素對染色絲綢的影響提供一種可借鑒的方法。

博物館照明；蘇木；染色絲綢；褪色；變色因子

0 引 言

中國古代人民尚紅、愛紅，給予紅色一定的特殊感情，因此紅色植物染料在古代被大量運用和開發。蘇木、紅花、茜草是典型的紅色植物染料。其中以蘇木染色技法便于操作，色彩艷麗豐富、價格實惠而被廣大勞動人民所鐘愛，在紅色植物染料中具有非常重要的作用[1]。蘇木屬于苯并吡喃類天然染料，其色素的主要成分是蘇木素，蘇木素結構中含有大量羥基，易溶于水，相對分子質量較小，染色直接性低，色牢度差，且在不同的pH值條件下有變色行為，呈現黃棕、紅褐、紫等顏色，其染色織物的穩定性較差[2]。

流傳下來蘇木染的織物在博物館展出的時候必定會受到光照的影響。光照是引起文物發生劣化的重要環境因素之一[3]。如何選擇博物館照明，有效減少光照對文物的損傷是文物預防性保護的重要內容。從文物保護角度出發，影響光照對文物損傷的光照指標主要有照度、累積照度、色溫和光源的發光光譜[4]。在GB/T 23863—2009《博物館照明設計規范》[5]中對這些指標均有一些規定。用植物染料染色的絲織物是屬于對光特別敏感的一類文物，在《博物館照明設計規范》中要求其照度<50lx，累積照度<50000lx·h/年，色溫<3300K。光源的種類是影響光源發光光譜的重要因素，博物館陳列照明中主要的光源種類有熒光燈、鹵素燈和LED燈。由于各種光源的發光原理不同，其發光光譜有很大的差別，對文物的損傷程度也有差異[4]。已有一些研究表明，目前新型的LED燈對染色絲綢的影響大于傳統的鹵素燈[4,6,7]。但這些研究均只是從定性的角度做了一些判斷，還缺少定量的分析。

為科學評價光照對植物染色絲綢的影響，本研究以蘇木染絲綢為例，以色差為評價指標，嘗試定量化分析各種光照條件對蘇木染絲綢的褪色影響。為指導博物館在對蘇木染絲綢文物的照明選擇方面提供依據，同時為客觀評價各種環境因素對染色絲綢的影響提供一種可借鑒的方法。

1 實驗樣品及方法

1.1 實驗樣品

絲綢坯布為杭州米賽絲綢有限公司市售電力紡，委托中國絲綢博物館，按古代傳統方法用蘇木染色[7]。經色差儀檢測，各種染色樣品的色彩均勻度較高，色差ΔE<0.5。按實驗要求，將樣品裁剪成多塊5cm×5cm的小塊，并標記正反面備用。

1.2 實驗裝置

本實驗中搭建的光模擬老化裝置與《從光譜角度研究博物館照明對染色絲綢的影響》[4]文中的一致，選用的具規格型號如表1所示。除熒光燈外，本實驗所用燈具均可以無級調光。

表1 實驗燈具

1.3 檢測儀器

色差儀，CM-700d，柯尼卡美能達日本。分光照度計，CL-500A，柯尼卡美能達日本。數字照度計，XYI-Ⅲ，杭州新葉。

1.4 實驗步驟

調整燈光亮度，用數字照度計檢測樣品所受到的照度值；用色差儀定期檢測樣品，分別檢測各樣品的色差。為了減少試驗的誤差，每次測試時樣品下墊一張80g/m2的A4空白紙張， 每個樣品選不同的檢測位置測3次取平均值。

本實驗在七個實驗裝置中進行了六批次的實驗。每個裝置中的燈具不同，每批次實驗樣品的照度也不同。通過色差指標，研究了不同照度下，不同光源對蘇木染色絲綢樣品的褪色影響。

2 結果與討論

2.1 蘇木染色絲綢的褪色特性

蘇木染色絲綢在各種實驗燈光下的變色曲線如圖1所示。由圖1可見，隨著實驗時間的延長，樣品的色差基本呈線性增加。

圖1 蘇木染色樣品在各種燈光下的變色情況

結合蘇木染色樣品的光反射率曲線(圖2)，紅色曲線是光照前樣品的，藍色曲線是光照后樣品的。由圖2可見光照前后雖然樣品的色差變化比較明顯，但是其光反射率曲線并沒有太明顯變化，只是在450～600nm的波段反射率略有上升。從光譜角度考慮，被反射的光被人眼接受，形成顏色；被吸收的光中波長較長的部分以熱量形式散發到環境中，而其中波長較短的部分則參與染料的褪色反應。由于蘇木染料在褪色前后反射率曲線變化不大，因此只要外界光源的光譜穩定，被吸收的能量就變化不大。如果其他實驗環境條件也穩定，則其褪色曲線則會如圖1所示呈現線性增加的趨勢。

圖2 蘇木染色樣品光反射率曲線

2.2 蘇木樣品變色因子的理論構建

由上述討論可知，蘇木染料的褪色隨實驗時間的延長而線性增加。從理論上說，實驗開始時色差為零，因此該曲線應該過原點。變色曲線的斜率則是實驗環境條件對蘇木染色絲綢褪色的速度。本研究中定義樣品的“實驗時間-色差”曲線的斜率為樣品的變色因子D。針對蘇木染色樣品，在實驗條件恒定的情況下，該變色因子基本為一定值。變色因子數值小，則說明該實驗條件對樣品的損傷小，有利于樣品的保護。

色差=D×實驗時間

(1)

變色因子D受實驗過程中各種環境因素的綜合影響。在本研究中重點關注光照對樣品的褪色影響，因此在不考慮光照與其他環境因素之間的耦合作用的前提下，將該變色因子分拆成光照影響因子和其他環境因素影響因子兩部分。變色因子表達式如式(2)所示。

D=L+H

(2)

式中，D為變色因子；L為光照引起的變色因子；H為其他環境因素引起的變色因子。

其他環境因素主要包括溫濕度，污染氣體等。在本實驗中，所有實驗裝置均放置在同一間實驗室內，每次實驗過程中各實驗裝置中的其他環境因素基本一致，僅光照情況有明顯的不同；但每批次之間環境因素會有所差異。因此針對上式，其他環境因素引起的變色因子H可以假定每批次一致，但批次與批次之間是有差異的。

根據倒易律，文物由于光照所產生的劣化影響與其所接受的累積照度有關，即與其照度與時間的乘積正相關，則光照引起的變色因子L可表示為：

L=A×E

(3)

式中，L為光照引起的變色因子；A為光譜系數；E為照度(lx)。

由式3可知，照度越高，則變色因子越高。式中的系數A可以認為是與光譜輻照相關的數據。燈光發出的光譜一部分被物體反射，進入人眼，形成顏色，另一部分則被物體吸收，產生褪色等一系列的化學反應。對于蘇木染色的絲綢樣品，由于其在褪色過程中光反射率曲線基本不變，因此在本次實驗中系數A可以認為是只與光照的發光光譜有關的數據。不同的燈具有不同的發光光譜，因此本實驗中系數A僅與燈具有關。

圖3是各種實驗燈光的光譜圖，每種燈光光譜曲線下的面積即為其發射的總能量。通過物體的反射率曲線可計算出燈光發出的光照射到物體上后被物體吸收的能量，該能量與其照度成正比。針對蘇木染色絲綢樣品，可以得出每勒克斯照度下被樣品吸收的能量(單位吸收能量)。由于光的粒子性，長波長的光子能量較低，被樣品吸收后只能起到加熱的作用，并不會發生化學反應；而短于某一波長的光子則都能被用來發生化學褪色反應。對于某一特定的褪色反應，這一特定波長可根據褪色化學反應的活化能計算出。如果知道該特定波長，即可得出每勒克斯的各種燈光對某一樣品產生褪色的能量(單位反應能量)。該能量與式3中的光譜系數有一定的正相關性。

圖3 實驗用各種燈光的光譜圖

不同樣品由于其特定波長不同，反射率曲線也不同，因此會有不同的光譜系數。針對蘇木染色絲綢樣品，假設其特定波長為580nm，則計算得到的各種實驗燈光的單位吸收能量和單位反應能量如表2所示。

從表2中可以看出，雖然鹵素燈單位吸收能量最大，但其單位反應能量最低；其他燈光的單位吸收能量基本相當；但低色溫的燈光其單位反應能量較低。

2.3 各種實驗條件下蘇木樣品的變色因子分析

本實驗在七個不同的實驗裝置中進行了六批次的實驗。根據實驗結果，做出“實驗時間-色差”曲線，用過原點的線性擬合，計算出各種實驗條件下的變色因子。實驗結果如表3所示。

表2 各種燈光的單位吸收能量與單位反應能量

表3 不同實驗條件下的變色因子

由上所述可知，影響變色因子的因素有光源種類不同引起的光譜系數差異，照度以及其他環境因素。以下分別對其影響情況作一些分析。

2.3.1 光源種類的影響 由表3可知，第三批次實驗和第四批次實驗中各種燈光的照度基本一致，因此其變色因子主要由各種燈光的光譜差異造成。在第三批次實驗中，變色因子從小到大依次為Ultras 鹵素燈

從變色因子的具體數值比較，計算同批次中各種燈光的變色因子與鹵素燈變色因子的比值，結果如表4所示。

LED燈的變色因子是鹵素燈的2倍，熒光燈的變色因子略小于LED。由于色溫差異引起的變色因子差異較小。以上的實驗結論與表2中各種燈光的單位反應能量一致，較好地解釋了各種燈光光譜不同對樣品褪色的影響。

第一、二、五、六批次實驗中，熒光燈的照度明顯偏低，但其余燈光的照度基本接近。比較其變色因子可知，大部分LED的變色因子大于鹵素燈的變色因子，但第五批次實驗中兩者的差異不大；低色溫LED的變色因子小于高色溫LED的變色因子。

表4 各批次實驗中變色因子與同批次Ultras鹵素燈變色因子的比值

2.3.2 照度的影響 由表3可知，第一、二、三批次實驗中熒光燈的照度基本一致，第四、五、六批次實驗中熒光燈的照度也基本一致。因此，將各種燈光的變色因子與同批次內OSRAM熒光燈 4000K的變色因子作比較，得出兩者之間的比值，結果如表5所示。

第三、四批次實驗中各種燈光的照度基本一致，此時鹵素燈的變色因子是熒光燈的一半，而LED的變色因子略高于熒光燈的變色因子。比較其他批次實驗，鹵素燈的變色因子與4000K熒光燈的變色因子的比值均大于0.7；第二批次鹵素燈的照度是熒光燈的3倍多，其變色因子的比值達到了1.2；第五批次鹵素燈的照度是熒光燈的5倍多， 其變色因子的比值超過了2。LED變色因子與4000K熒光燈變色因子的比值也同樣有類似規律，即照度越高，其變色因子越大，這與變色因子的理論推導相一致。

表5 各批次實驗中變色因子與同批次OSRAM熒光燈 4000K變色因子的比值

2.3.3 其他環境因素的影響 其他環境因素對變色因子的影響比較復雜，本次實驗中沒有專門對其他環境因素進行有效控制，因此也無法得到確切的數值。但是通過批次之間變色因子的比值也能得到一些定性的結論。

由表3可以注意到第一、二、三批次中熒光燈的照度基本一致；第四、五、六批次中熒光燈的照度也基本一致，且是第一、二、三批次的一半。同種光源，相同照度下，其變色因子的差異主要來自于其他環境因素的影響。由于第五批次實驗中熒光燈的變色因子總體較低，將各批次中熒光燈的變色因子與第五批次熒光燈變色因子作比較，得出兩者之間的比值，結果如表6所示。

表6 各批次實驗中熒光燈的變色因子與第五批次熒光燈變色因子的比值

由表6可知，第一、二、三批次間熒光燈的變色因子相差不超過2倍，而四、五、六批次中熒光燈的變色因子相差均超過了2倍。這說明其他環境因素對變色因子影響明顯，在低照度下其他環境因素對變色因子的影響要大于高照度下的影響。在高照度下光照是主控環境因素，而在低照度下，其他環境因素對變色因子的影響則變大。

3 結 論

綜上所述，蘇木染色絲綢在模擬光照實驗中逐漸發生褪色反應，由于其褪色前后樣品的反射率曲線相差不大，因此其色差-實驗時間的曲線呈一次線性關系。本研究定義了該線性關系的斜率為變色因子，理論上分析了變色因子的影響因素。在本次實驗中，光源種類、照度和其他環境因素對變色因子均有一定的影響?？梢缘贸鲆韵陆Y論：

1) 從光源種類分析，鹵素燈的變色因子最小，只有LED燈的一半；熒光燈的變色因子略小于LED燈；高色溫燈光的變色因子高于低色溫的變色因子。

2) 照度越高，其變色因子越高。

3) 其他環境因素對蘇木染色絲綢樣品的影響也不容忽視，在低照度下其他環境因素的影響明顯高于高照度下其他環境因素的影響。

由上述結論，針對蘇木染色絲綢文物的展陳照明可以提出如下建議：

1) 盡量采用鹵素燈照明，如選用熒光燈或LED燈照明應選擇低色溫的。

2) 應盡量降低文物展陳的照度。

3) 不可忽略其他環境因素的影響，在控制展陳燈光照明的同時，對展陳環境的溫濕度、污染氣體等其他因素也要進行控制。

[1] 李祥芹. 古代紅色絲綢植物染色——蘇木染研究[D]. 北京：北京服裝學院，2013. LI Xiang-qin. Research on logwood dyeing-a kind of ancient red silk plant dyeing[D]. Beijing: Beijing Institute of Fashion Technology, 2013.

[2] 盧 聲. 蘇木天然染料染色柞蠶絲織物的色光穩定性研究[J]. 絲綢，2013，50(1)：14-18. LU Sheng. Research on chromatic light stability of tussah silk fabrics dyed withnatural dye sappan wood[J]. J Silk, 2013, 50(1): 14-18.

[3] 陳元生, 解玉林. 博物館文物保存環境質量標準研究[J]. 文物保護與考古科學, 2002, 14(增刊): 152-191. CHEN Yuan-shen，XIE Yu-lin．Studies on museum environmental standard[J]．Sci Conserv Archaeol, 2002，14(suppl)：152-191．

[4] 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. XU Fang-yuan, WU Lai-ming, XU Xue-ping,etal. Research on the museum lighting for fade effect of dyeing silk by spectrum[J]. Sci Conserv Archaeol,2016, 28(1): 24-32.

[5] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T 23863—2009,博物館照明設計規范[S]. 北京：中國標準出版社，2009.

General Administration of Quality Supervision,Standardization Administration of the People’s Republic of China.Inspection and Quarantine of the People’s Republic of China,GB/T 23863—2009, Code for lighting design of museum[S]. Beijing: Standards Press of China, 2009.

[6] 徐雪萍. 天然植物染料染色絲織品文物的模擬光老化研究[D]. 上海：華東理工大學，2015. XU Xue-ping. Research on analogued photo degradations of silk dyed by natural plant dyestuffs[D]. Shanghai: East China University of Science and Technology, 2015.

[7] 張殿波. 絲綢文物上植物染料的模擬光老化研究[D]. 浙江：浙江理工大學, 2011. ZHANG Dian-bo. Research on the simulation light aging for vegetable dyes on silk relics.[D]. Zhejiang: Zhejiang Sci-Tech University, 2011.

(責任編輯 謝 燕)

The effect of museum lighting on fading ofCaesalpiniasappandyed silk

XU Fang-yuan1, WU Lai-ming1, SHI Chao-ou2, HE Bin2

(1.KeyScientificResearchBaseoftheMuseumEnvironment,StateAdministrationforCulturalHeritage,ShanghaiMuseum,Shanghai200231,China; 2.EastChinaUniversityofScienceandTechnology,Shanghai200237,China)

Caesalpiniasappan(sappan) is a commonly used ancient red vegetable dye. With the aim of protecting sappan wood dyed silk, the effect of light on fading was investigated by light aging tests.The lamps tested are those commonly used in museums, and include LED, fluorescent and halogen lamps. To evaluate the effects of both light and other environmental factors, a discoloration factor index system is established. The results show that the discoloration effect of LED lamps is greater than the effects of conventional halogen and fluorescent lamps; the discoloration effect of low color temperature is slightly less than that for high color temperature lighting; also the higher the illuminance, the bigger the discoloration effect.Other environmental factors also have a great influence on discoloration. The use of suitable halogen,or low color temperature fluorescent lamps and LED lighting forCaesalpiniasappandyed silk showcases.The level of illumination of showcase lighting should be controlled. Meanwhile, other environmental factors in showcase can not be ignored.

Museum lighting；Caesalpiniasappan； Dyeing silk； Fade effect； Discoloration factor

2016-06-02；

2016-09-07

國家文物局文物保護科學和技術研究課題資助(20120206)

徐方圓(1980—)，男，2005年碩士畢業于南京航空航天大學材料學專業，副研究館員，研究方向為文物保護科學，E-mail：xu_fangyuan@163.com

1005-1538(2017)01-0008-06

G264

A