紙質文物老化過程中的溫濕度控制

徐棟

摘 要：紙質文物老化對紙質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，不適宜的溫濕度環境會加速紙質文物的老化，誘發紙質文物病害的發生，降低紙質文物的保存年限。文章通過探究溫濕度對紙質文物老化過程中的影響，闡述適宜溫濕度對紙質文物保存的重要性。

關鍵詞：紙質文物；老化；溫濕度

紙質文物是指收藏機構所收藏的、由紙和寫印色料所構成的文物，包括傳統書畫作品、古籍、文獻檔案等。紙質文物由于存世時間較長，都存在不同程度的老化問題。紙質文物老化后，往往以不同形式的病害表現出來，嚴重影響文物的安全。紙質文物保護始終是館藏文物保護中的難點之一。溫度、濕度、光照、酸堿度均會影響化學反應的速率，其中溫濕度在紙張老化反應中起到更為關鍵的作用。

1 紙張的構成及病害生成機理

紙張是由隨機散亂的纖維排列而成，是具有一定結合力、多相、非均質、多孔的網狀有機材料。其基本組成成分為纖維素（C6H10O5）n，含有少量半纖維素、木質素。紙質文物病害發生時，直觀上表現為紙張強度下降、發黃、變脆乃至斷裂，本質上是紙張的組成成分發生了化學變化。

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溶劑，主要來源于植物的細胞壁。纖維素的每個分子單元上有三個羥基，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作用。纖維素的分子結構如圖1所示。

在一定的條件，纖維素就會發生水解、氧化反應。水解、氧化反應使纖維素長鏈逐漸變短，纖維素鏈的長短對紙張強度起至關重要的作用，纖維素鏈越長，聚合度越高，紙張強度越大。紙張的纖維素聚合度一般都在1000以上，當聚合度降至200時，紙張就嚴重脆化，紙質文物進入高危狀態[1]。在實驗室條件下，可以根據紙張聚合度特性，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構，由多種物質組成，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度，但半纖維素含量過高會導致紙張易吸水變形，使紙張穩定性變差。

木質素是由香豆醇、松柏醇、芥子醇等物質組成的一種復雜酚類聚合物，通過C-O、C-C鍵鏈接的立體網狀分子。在分子結構上含有多種活性官能團，化學性質極其活潑，活性官能團中的羰基（-C=O-）及其共軛雙鍵結構的生色基團及助色基團氧化降解，會生成多種有色混合物，使得紙張發黃。

2 溫濕度對紙張老化的影響

2.1 溫度對紙張老化的影響

溫度是化學反應速率的重要影響因素。溫度越高化學反應速率就越快，溫度每升高5℃紙張降解反應速率就會增加兩倍[2]。纖維素、木質素等在高溫下，化學反應速率加快，分子結構破壞更為劇烈，表現為紙張加速發黃，強度、耐折度韌性、彈性變差[3]。同時，各種微生物的代謝活動也會增強，大量繁殖會消耗紙張中的養分，其代謝產物會加速紙張的老化。

當然，溫度也不是越低越好。首先，館藏紙質文物還有展覽需求，過低的保存溫度往往不切實際。其次，溫度過低時，空氣中的濕度下降，導致紙張僵化發脆，失去其原有的韌性與活力。并且脆化的紙質文物容易斷裂掉渣，甚至碎掉，會導致無法修補而造成永久性的破壞。極端的低溫甚至結冰會快速破壞紙張的內部結構，并造成其他次生危害。

一般來說，紙質文物的適宜保存溫度為18～22℃，在這個溫度范圍內，紙張的老化速度能夠得到有效控制[4]。總之，紙質文物保存環境的溫度必須保持在一定范圍內，且避免溫度的快速波動[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

高濕環境下，紙張內的纖維素會水解老化，紙張的機械強度降低，容易產生紙張的粘連、印刷字跡模糊甚至缺失的情況，不利于紙質文物的保存。同時，潮濕的環境容易滋生細菌，紙張的含水量增加，附著在紙張上的微生物更容易繁殖，導致紙張發霉、長毛、變色。微生物分泌的酸性物質還會進一步加快紙張的老化速度。因此，過高的濕度對紙質文物保存非常不利，特別是與溫度條件一起作用的時候，對紙張的破壞性是致命的。所以，高濕度環境對紙質文物的老化影響非常大。

在低濕環境下，紙張中的水分易過度蒸發，不能保持正常的含水量，會導致纖維素內部結構遭到破壞，使紙張中的纖維素變脆、變硬、機械強度下降，使紙張加速老化。長期作用下，紙質差的一些材料就會粉末化。因此，過分干燥也不利于紙質文物的長期保存。

紙質文物的濕度一般在45%～55%之間，保證濕度不要太高以免引起紙張的發霉降解，也不能太低，太低會降低紙張的韌性。同時要保證濕度的相對恒定，避免濕度大幅波動，避免對紙張造成破壞，而加劇紙張的老化[6]。

2.3 溫濕度的交互影響紙質文物的老化

在實際情況下，溫濕度雖然相互獨立，但又不可割裂開來。溫度的變化會引起飽和濕度的相應變化，飽和濕度的變化又會引起相對濕度的變化，相對濕度又影響著紙質文物的含水率。因此，在控制紙質文物老化的過程中，要對溫濕度進行統籌控制，要根據紙質文物的實際情況，科學設定溫濕度（圖2）。

3 紙張老化速率控制的措施

3.1 更加穩定相對溫和的溫濕度

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

3.2 溫濕度的主動監控及干預

建立預防性保護系統，實時監控紙質文物的保存環境的溫濕度狀態。根據監控的特征指標，在老化反應速率尚未加快之前，及時主動地干預，控制惡化態勢。對大量館藏紙質文物進行分類，根據紙張制作原料、工藝、老化方式的不同，針對性制訂保護方案。有必要的應進行保護修復處理，來阻斷紙質文物老化的鏈式反應。

總之，紙質文物的老化反應雖然不可逆轉，但是可以通過有效調控、主動干預降低老化反應速率。要結合紙質文物本身特征及保存環境的實際情況，進行有效合理的控制，以達到紙質文物更好的保護效果，實現對紙質文物長久保存的目的。

參考文獻

[1]孫禮春，王景翰.紙張的老化及檢驗[J].江蘇警官學院學報，2005，20（2）：171.

[2]劉家真.古籍保護原理與方法[M].北京：國家圖書館出版社，2015.

[3]王心琴.淺析紙張老化的原因[J].檔案與建設，1997（09）：33-35.

[4]莫冀鳴.圖書館庫房環境對紙質文獻老化的影響[J].學理論，2014（26）：147.

[5]張金萍，鄭冬青，朱慶貴，等.熱老化模式對紙張性能的影響[J].文物保護與考古科學.2013，25（3）：16-19.

[6]劉江浩，高少紅，王巖，等.環境濕度對紙張含水量及紙張力學性能的影響[J].北京印刷學院學報.2013（04）：5-7.